KR20120119998A - vel Diblock Copolymer, Preparation Method Thereof, And Method Of Forming Nano Pattern Using The Same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A diblock copolymer is provided to facilitate the formation of micro nanopatterns, and to be used for manufacturing nano bio sensors or electronic element comprising nanopatterns, etc. CONSTITUTION: A diblock copolymer comprises a hard segment comprising one or more kinds of a repeating unit indicated in chemical formula 1 and a soft segment comprising one or more kinds of (meth)acrylate-based repeating units indicated in chemical formula 2. In chemical formula 1, n is an integer from 5-600, R is hydrogen or methyl, R' is X, -Y-NHC(O)-X, -X-Y-C(O)NH-X, -X-Y-C(O)NH-Y-C(O)NH-X or -X-Y-C(O)NH-Y-C(O)NH-Y-C(O)NH-X, X is -Z-R", Y is C1-10 alkylene, Z is C6-20 arylene, R" is C10-20 linear or branched hydrocarbon, or C10-20 linear or branched perfluorohydrocarbon. In chemical formula 2, m is an integer from 30-1000, R1 is a hydrogen or methyl, and R2 is C1-20.

Description

신규한 디블록공중합체, 이의 제조 방법 및 이를 사용한 나노 패턴 형성 방법{vel Diblock Copolymer, Preparation Method Thereof, And Method Of Forming Nano Pattern Using The Same}Novel diblock copolymer, preparation method thereof and nano pattern formation method using the same {vel Diblock Copolymer, Preparation Method Thereof, And Method Of Forming Nano Pattern Using The Same}

본 발명은 신규한 디블록공중합체, 이의 제조 방법 및 이를 사용한 나노 패턴의 형성 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 보다 미세한 나노 패턴의 형성을 용이하게 하고, 나노 패턴을 포함한 전자 소자 또는 나노 바이오 센서의 제조 등에 사용될 수 있는 디블록공중합체, 이의 제조 방법 및 이를 사용한 나노 패턴의 형성 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a novel diblock copolymer, a method for preparing the same, and a method for forming a nanopattern using the same. More specifically, the present invention facilitates the formation of finer nano-patterns, diblock copolymers that can be used in the manufacture of electronic devices or nano-biosensors including nano-patterns, methods for their preparation and methods of forming nano-patterns using the same It is about.

나노 과학기술이 급격히 발전함에 따라 나노 스케일의 물질에 대한 수요가 크게 증가할 뿐만 아니라 전자 소자의 크기도 점점 작아지고 있다. 이에 따라 기존의 실리콘 소자를 제작하기 위하여 사용하던 하향식 접근방법인 포토리소그래피(photolithography) 방법은 기술적 한계에 이르고 있다. 즉, 현재 이용되고 있는 실리콘 반도체 제작용 포토리소그래피 기술은 공정의 최적화와 응용 면에서 많은 장점을 가지고 있지만, 빛의 분산과 광원의 파장이라는 기술적 한계로 인하여 30 nm크기 이하의 인쇄회로의 제작은 어려운 것으로 알려져 있다. 이외에, 전자빔 리소그라피(electron beam lithography)나 EUV(extreme ultraviolet) 리소그라피에 관한 연구도 진행되고 있다. 그러나, 전자의 경우 2차원의 패턴을 동시에 형성하기 어렵고, 후자는 상당히 높은 광 에너지를 사용해야 하므로 광학기기의 수명이나 포토레지스트(photoresist)에 흡수되는 빛을 조절하는데 어려움 있다.  As nanotechnology advances rapidly, not only the demand for nanoscale materials increases, but also the size of electronic devices becomes smaller. Accordingly, the photolithography method, a top-down approach used to fabricate a conventional silicon device, has reached a technical limit. That is, currently used photolithography technology for manufacturing silicon semiconductor has many advantages in terms of process optimization and application, but it is difficult to manufacture printed circuits of 30 nm or less due to technical limitations such as light dispersion and wavelength of light source. It is known. In addition, research on electron beam lithography or extreme ultraviolet (EUV) lithography is also in progress. However, in the case of the former, it is difficult to simultaneously form a two-dimensional pattern, and in the latter, it is difficult to control the lifetime of the optical device or the light absorbed by the photoresist because the latter must use a very high light energy.

따라서, 차세대 반도체 개발을 위해서는 기존의 포토리소그라피 기술이 갖고 있는 문제점을 극복해야 하며, 동시에 생산 비용을 절감하고 공정 또한 단순화할 필요가 있다. 최근에는 이러한 조건을 만족시킬 수 있는 방법으로서 블록공중합체의 자기조립 방법이 연구되고 있다. 무엇보다 블록공중합체의 나노구조를 이용한 패턴의 형성 방법은 기존의 방법과 달리, 2차원의 패턴을 동시에 형성할 수 있는 장점이 있다. 특히, 나노구조의 형성이 블록공중합체의 사슬들 사이의 단순한 미세상분리 현상에 의해 일어나므로 패턴형성에 따른 공정비용을 낮출 수 있다.Therefore, in order to develop the next-generation semiconductor, it is necessary to overcome the problems of the existing photolithography technology, and at the same time, reduce the production cost and simplify the process. Recently, self-assembly of block copolymers has been studied as a method to satisfy these conditions. Above all, unlike the conventional method, the method of forming a pattern using the nanostructure of the block copolymer has an advantage of simultaneously forming a two-dimensional pattern. In particular, since the formation of the nanostructure is caused by a simple microphase separation between the chains of the block copolymer, it is possible to lower the process cost according to the pattern formation.

블록공중합체는 서로 다른 화학적 구조를 가지는 고분자 블록들이 공유결합을 통하여 연결된 중합체이며, 블록공중합체를 구성하는 블록간의 조성과 사슬의 길이, 상호인력계수(Flory-Huggins parameter)에 따라 구(sphere), 실린더(cylinder), 라멜라(lamellae)와 같은 기본적인 구조부터 자이로이드(gyroid)나 HPL(hexagonal perforated lamellae)구조와 같은 복잡한 3차원 구조까지 다양한 나노구조의 형성이 가능하다. 또한, 블록공중합체의 화학적 구조, 블록의 조성 비율, 또는 분자량 등에 따라 나노구조의 크기를5에서 50 nm까지 임의로 조절할 수 있다. 블록공중합체를 이용한 리소그라피(패턴 형성 방법)는 블록공중합체의 박막 내에 존재하는 나노구조를 기재(substrate) 위에 전사시켜 나노패턴을 만드는 것을 말한다. 현재 반도체 제조공정에서 사용되는 포토리소그라피와 비교할 때 비용이 상당히 저렴할 뿐만 아니라 제조공정도 매우 단순하게 될 수 있다. A block copolymer is a polymer in which polymer blocks having different chemical structures are connected through covalent bonds, and spheres are formed according to the composition of the blocks, the length of the chain, and the fluorescence-Huggins parameter. It is possible to form nanostructures ranging from basic structures such as cylinders and lamellaes to complex three-dimensional structures such as gyroid and hexagonal perforated lamellae (HPL) structures. In addition, the size of the nanostructure can be arbitrarily adjusted from 5 to 50 nm depending on the chemical structure of the block copolymer, the composition ratio of the block, or the molecular weight. Lithography using a block copolymer (pattern forming method) refers to a nanopattern by transferring a nanostructure present in a thin film of a block copolymer onto a substrate. Compared with the photolithography used in the current semiconductor manufacturing process, the cost is significantly lower and the manufacturing process can be very simple.

한편, 고분자 합성기술이 크게 발전하면서 다양한 블록공중합체들의 합성과 나노구조에 미치는 화학적 물리적 인자들에 대한 연구가 폭 넓게 수행되어 왔다. 특히, PS-PMMA (폴리스티렌-폴리메타아크릴레이트)계 무정형 블록공중합체를 이용한 나노구조의 제어에 대한 연구가 지금까지 가장 집중적으로 이루어져 왔다. 즉, 미세상분리 현상에 의해 PS-PMMA 블록공중합체의 모폴로지를 조절하면 육각 모양으로 배열된 실린더 모양의 나노구조가 쉽게 형성된다. 하지만 이와 같이 육각 모양으로 배열된 실린더형 나노구조는 반도체산업의 미세회로인쇄 공정에 사용되기에는 부적합하기 때문에 관련된 전자소자의 제작시간이 길어지고 에너지가 많이 소모된다. On the other hand, as the polymer synthesis technology is greatly developed, researches on chemical physical factors on the synthesis and nanostructure of various block copolymers have been extensively performed. In particular, research on the control of nanostructures using PS-PMMA (polystyrene-polymethacrylate) based amorphous block copolymer has been the most intensively conducted. That is, by adjusting the morphology of the PS-PMMA block copolymer by the microphase separation phenomenon, the cylindrical nanostructures arranged in a hexagonal shape are easily formed. However, since the cylindrical nanostructures arranged in the hexagonal shape are not suitable for use in the microcircuit printing process of the semiconductor industry, the manufacturing time of related electronic devices is long and energy is consumed.

따라서, 경제적인 관점과 반도체회로의 디자인과 소프트웨어 관점에서 볼 때, 육각 모양으로 배열된 실린더형 나노구조보다 사각 모양으로 배열된 실린더형 나노구조가 전자소자를 제작하는데 훨씬 더 유리하다. 이 때문에, 블록공중합체의 자기조립현상이나 미세상분리 현상을 이용하여 사각으로 배열된 실린더 모양의 나노구조를 형성시키려는 연구가 최근 활발히 진행되고 있다. 예를 들면, 사각형 배열의 화학적 패턴이 새겨진 기판 위에 PS-PMMA 디블록공중합체를 코팅한 후 강제로 사각형 배열의 나노구조가 형성되도록 유도한 연구가 보고된 바 있다. 그러나, 화학적 패턴의 주기와 블록공중합체 나노구조의 주기가 일치하지 않으면 정사각형으로 정렬된 나노구조가 형성되지 않는 문제점이 있다. Therefore, from the economical point of view and the design and software of the semiconductor circuit, the cylindrical nanostructures arranged in a square shape are much more advantageous for manufacturing electronic devices than the cylindrical nanostructures arranged in a hexagonal shape. For this reason, studies have been actively conducted to form cylindrical nanostructures arranged in squares using self-assembly or microphase separation of block copolymers. For example, a study has been reported that a PS-PMMA diblock copolymer is coated on a substrate having a rectangular chemical pattern engraved thereon and then forced to form a rectangular nanostructure. However, if the period of the chemical pattern and the period of the block copolymer nanostructure do not coincide, there is a problem in that the nanostructures arranged in a square are not formed.

한편, 상술한 디블록공중합체 대신 3개의 블록을 갖는 A-B-C형 트리블록공중합체를 사용하는 경우, 좁은 면적에서 정사각형 모양으로 배열된 나노구조가 형성된다는 사실이 보고되었다. 그리고, core-shell 구형 나노구조를 갖는 트리블록공중합체의 경우, 필름 두께에 따라 일부 정사각형 배열의 나노구조가 최상층에서만 형성됨이 보고된 바도 있다.. 또한 높은 에칭 저항성을 갖고 있는 무기물 블록을 트리블록공중합체에 도입하여 디블록공중합체에서는 얻을 수 없었던 정사각형 배열의 실린더형 나노구조를 구현하여 차세대 나노패턴닝기술로의 응용가능성이 제시된 바도 있다. On the other hand, when using the A-B-C type triblock copolymer having three blocks instead of the above-described diblock copolymer, it has been reported that the nanostructures arranged in a square shape in a narrow area are formed. In addition, in the case of the triblock copolymer having a core-shell spherical nanostructure, it has been reported that some square array nanostructures are formed only at the top layer depending on the film thickness. It has been suggested to apply to the next generation nanopatterning technology by implementing the cylindrical nanostructure of the square array that could not be obtained in the diblock copolymer by introducing into the copolymer.

그러나, 상술한 이전의 연구 결과들을 모두 살피더라도, 반도체 회로 디자인에 적합한 사각 모양으로 배열된 실린더형 나노구조를 형성하기 위해서는, 나노구조를 형성시키는 기질인 디블록공중합체와 함께, 마이크로미터 수준의 구조적(topological) 또는 화학적 패턴을 갖는 포토마스크를 별도로 사용하거나, 분자구조가 복잡하여 합성이 어려운 A-B-C형의 트리블록공중합체를 제조 및 사용하거나, 나노구조를 유도하는 첨가물 또는 분자간 수소결합을 야기하는 혼합물을 추가로 사용할 필요가 있었다. 이 때문에, 차세대 나노패턴닝 기술로 적용하기에는 지나치게 복잡하거나 경제성이 크게 떨어져 여전히 미흡한 실정이다. 또한, 지금까지 집중적으로 연구되었던 기존의 PS-PMMA 디블록공중합체는 물론 어떤 종류의 디블록공중합체도 나노구조가 새겨진 보조물이나 첨가물 없이 사각 모양으로 배열된 실린더형 나노구조를 직접 형성시킬 수 없었다.However, in view of all the previous studies mentioned above, in order to form cylindrical nanostructures arranged in a square shape suitable for semiconductor circuit design, micrometer level together with a diblock copolymer which is a substrate for forming nanostructures, Using a photomask having a structural or chemical pattern separately, preparing and using an ABC-type triblock copolymer which is difficult to synthesize due to its complicated molecular structure, or an additive or intermolecular hydrogen bond that induces a nanostructure It was necessary to use the mixture further. For this reason, the situation is still insufficient to be applied to the next generation nanopatterning technology, which is too complicated or economically large. In addition, none of the existing PS-PMMA diblock copolymers that have been intensively studied, but also any kind of diblock copolymers, could not directly form cylindrical nanostructures arranged in a square shape without auxiliary or additives engraved with nanostructures. .

즉, 이제까지 알려진 종래 기술은 모두 사각 모양으로 배열된 실린더형 나노구조를 형성할 수 없는 것이거나, 포토마스크의 별도 사용이 필요하거나 블록공중합체 자체의 합성이 복잡하게 되는 등 복잡한 처리가 요구되는 것들이었다. 이 때문에, 이제까지 알려진 어떠한 블록공중합체를 사용한 패턴의 형성 방법도 사각 모양으로 배열된 실린더형 나노 구조를 용이하게 형성할 수 있게 하여 반도체회로의 디자인 및 양산 공정에 적합하게 적용될 수 있는 것은 없었다. In other words, all of the prior arts known so far cannot form cylindrical nanostructures arranged in a square shape, or require complicated processing such as a separate use of a photomask or complicated synthesis of the block copolymer itself. It was. For this reason, no known method of forming a pattern using any block copolymer has been able to easily form a cylindrical nanostructure arranged in a square shape, so that it cannot be suitably applied to the design and mass production process of a semiconductor circuit.

본 발명은 보다 미세한 나노 패턴, 예를 들어, 사각 모양으로 배열된 실린더형 나노구조를 용이하게 형성할 수 있게 하는 디블록공중합체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a diblock copolymer and a method for preparing the same, which makes it possible to easily form a finer nano pattern, for example, a cylindrical nanostructure arranged in a square shape.

또한, 본 발명은 상기 디블록공중합체를 포함하여, 보다 미세한 나노 패턴을 포함한 전자 소자 또는 나노 바이오 센서의 제조 등에 적절히 사용될 수 있는 고분자 박막 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. In addition, the present invention relates to a polymer thin film and a method for manufacturing the same, including the diblock copolymer, which can be suitably used for the production of electronic devices or nano biosensors including finer nano patterns.

본 발명은 또한, 상기 고분자 박막을 이용한 나노 패턴의 형성 방법에 관한 것이다. The present invention also relates to a method of forming a nanopattern using the polymer thin film.

본 발명은 하기 화학식 1의 반복단위를 1종 이상 포함한 하드세그먼트와, 하기 화학식 2의 (메타)아크릴레이트계 반복단위를 1종 이상 포함한 소프트세그먼트를 포함하는 디블록공중합체를 제공한다: The present invention provides a diblock copolymer comprising a hard segment including at least one repeating unit of Formula 1 and a soft segment containing at least one (meth) acrylate-based repeating unit of Formula 2 below:

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 화학식 1에서, n은 5 내지 600의 정수이고, R은 수소 또는 메틸이고, R'는 X,

Figure pat00003
,
Figure pat00004
,
Figure pat00005
또는
Figure pat00006
이고, X는 -Z-R"이고, Y는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌이고, Z는 탄소수 6 내지 20의 아릴렌이고, R"은 탄소수 10 내지 20의 선형 또는 분지형 탄화수소, 또는 탄소수 10 내지 20의 선형 또는 분지형 퍼플루오로하이드로카본(perfluorohydrocarbon)이고, In Formula 1, n is an integer of 5 to 600, R is hydrogen or methyl, R 'is X,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
,
Figure pat00005
or
Figure pat00006
X is -ZR ', Y is alkylene having 1 to 10 carbon atoms, Z is arylene having 6 to 20 carbon atoms, and R' is a linear or branched hydrocarbon having 10 to 20 carbon atoms, or 10 to 20 carbon atoms. Linear or branched perfluorohydrocarbons,

상기 화학식 2에서, m은 30 내지 1000의 정수이고, R1은 수소 또는 메틸이고, R2는 탄소수 1 내지 20의 알킬이다. In Formula 2, m is an integer of 30 to 1000, R 1 is hydrogen or methyl, R 2 is alkyl having 1 to 20 carbon atoms.

또한, 본 발명은 라디칼 개시제 및 RAFT (reversible addition fragmentation chain transfer) 시약의 존재 하에, 화학식 3의 (메타)아크릴레이트계 단량체를 1종 이상 포함하는 반응물을 RAFT 중합하는 단계; 및 상기 중합 생성물의 존재 하에, 화학식 4의 단량체를 1종 이상 포함하는 반응물을 RAFT 중합하는 단계를 포함하는 디블록공중합체의 제조 방법을 제공한다:In addition, the present invention comprises the steps of RAFT polymerization of a reactant comprising at least one (meth) acrylate monomer of formula (3) in the presence of a radical initiator and a reversible addition fragmentation chain transfer (RAFT) reagent; And RAFT polymerizing a reactant comprising at least one monomer of Formula 4 in the presence of the polymerization product.

[화학식 3](3)

Figure pat00007
Figure pat00007

[화학식 4][Formula 4]

Figure pat00008
Figure pat00008

상기 화학식 3 및 4에서, R1, R2, R 및 R'는 화학식 1 및 2에서 정의된 바와 같다. In Formulas 3 and 4, R 1 , R 2 , R and R 'are as defined in Formulas 1 and 2.

본 발명은 또한, 상기 디블록공중합체를 포함하고, 상기 하드세그먼트 또는 소프트세그먼트 중 어느 하나의 세그먼트 상에, 나머지 세그먼트가 실린더 형태 또는 구 형태로 규칙적으로 배열되어 있는 고분자 박막을 제공한다. 이러한 고분자 박막은, 박막의 어느 한 평면 상에서 볼 때, 상기 실린더 형태들이 라멜라 모양, 사각 모양 또는 육각 모양으로 규칙적으로 배열된 것일 수 있다. The present invention also provides a polymer thin film comprising the diblock copolymer, wherein the remaining segments are regularly arranged in the form of a cylinder or a sphere on any one of the hard segment or the soft segment. Such a polymer thin film, when viewed on any one plane of the thin film, the cylinder shape may be a regular arrangement in a lamellar, square or hexagonal shape.

또한, 본 발명은 상기 디블록공중합체의 용액을 기재 상에 도포하여 박막을 형성는 단계; 및 상기 도포된 박막을 비극성 용매 및 극성 용매의 혼합 용매 내에서 용매숙성시키거나, 하드세그먼트의 융점 및 소프트세그먼트의 유리 전이 온도에서 각각 열 처리하는 단계를 포함하는 고분자 박막의 제조 방법을 제공한다. In addition, the present invention comprises the steps of applying a solution of the diblock copolymer on a substrate to form a thin film; And solvent aging the applied thin film in a mixed solvent of a non-polar solvent and a polar solvent, or thermally treating the hard segment at the melting point of the hard segment and the glass transition temperature of the soft segment.

본 발명은 또한, 패턴 대상막이 형성된 기재 상에, 상기 방법으로 고분자 박막을 형성하는 단계; 고분자 박막에 자외선을 조사하여 소프트세그먼트를 제거하는 단계; 및 상기 소프트세그먼트가 제거된 고분자 박막을 마스크로, 패턴 대상막을 반응성 이온 식각하는 단계를 포함하는 나노 패턴 형성 방법을 제공한다.
The present invention also includes the steps of forming a polymer thin film on the substrate on which the pattern target film is formed; Irradiating ultraviolet light to the polymer thin film to remove the soft segment; And a reactive ion etching of the pattern target layer using the polymer thin film from which the soft segment has been removed as a mask.

이하, 발명의 구체적인 구현예에 따른 디블록공중합체 및 이의 제조 방법, 이를 포함하는 고분자 박막 및 이의 제조 방법과, 상기 고분자 박막을 적용한 나노 패턴 형성 방법 등에 대해 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a diblock copolymer according to a specific embodiment of the present invention, a method for manufacturing the same, a polymer thin film including the same, a method for preparing the same, and a nano pattern forming method using the polymer thin film will be described in detail.

발명의 일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1의 반복단위를 1종 이상 포함한 하드세그먼트와, 하기 화학식 2의 (메타)아크릴레이트계 반복단위를 1종 이상 포함한 소프트세그먼트를 포함하는 디블록공중합체가 제공된다: According to one embodiment of the invention, the diblock copolymer comprising a hard segment containing at least one repeating unit of formula 1 and a soft segment containing at least one (meth) acrylate-based repeating unit of formula (2) Is provided:

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00009
Figure pat00009

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00010
Figure pat00010

상기 화학식 1에서, n은 5 내지 600의 정수이고, R은 수소 또는 메틸이고, R'는 X,

Figure pat00011
,
Figure pat00012
,
Figure pat00013
또는
Figure pat00014
이고, X는 -Z-R"이고, Y는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌이고, Z는 탄소수 6 내지 20의 아릴렌이고, R"은 탄소수 10 내지 20의 선형 또는 분지형 탄화수소, 또는 탄소수 10 내지 20의 선형 또는 분지형 퍼플루오로하이드로카본이고, 상기 화학식 2에서, m은 30 내지 1000의 정수이고, R1은 수소 또는 메틸이고, R2는 탄소수 1 내지 20의 알킬이다. In Formula 1, n is an integer of 5 to 600, R is hydrogen or methyl, R 'is X,
Figure pat00011
,
Figure pat00012
,
Figure pat00013
or
Figure pat00014
X is -ZR ', Y is alkylene having 1 to 10 carbon atoms, Z is arylene having 6 to 20 carbon atoms, and R' is a linear or branched hydrocarbon having 10 to 20 carbon atoms, or 10 to 20 carbon atoms. Linear or branched perfluorohydrocarbon, wherein in Formula 2, m is an integer of 30 to 1000, R 1 is hydrogen or methyl, R 2 is alkyl having 1 to 20 carbon atoms.

본 발명자들은 소정의 (메타)아크릴레이트계 단량체 및 아크릴아미드계 단량체(후술하는 화학식 3 및 4의 단량체; 이하 같다.)를 리빙라디칼 중합법으로 알려진 RAFT 중합법 등을 통해 순차 중합하는 방법으로 신규의 디블록공중합체를 합성하고 그 특성을 밝혀내었다. 특히, 이러한 디블록공중합체를 후술하는 용매숙성법 또는 열 처리법 등으로 처리하면, 상기 화학식 1의 아크릴아미드계 반복단위를 포함한 하드세그먼트 또는 상기 화학식 2의 (메타)아크릴레이트계 반복단위를 포함한 소프트세그먼트 중 어느 하나의 세그먼트 상에, 나머지 세그먼트가 실린더 형태 등으로 규칙적으로 배열된 나노 구조(나노 패턴)를 갖는 고분자 박막이 제조될 수 있음이 확인되었다. 더구나, 상기 용매숙성법 또는 열 처리법의 처리 조건을 조절함에 따라, 상기 디블록공중합체 및 고분자 박막은 상기 실린더 형태가 사각 모양 등으로 규칙적으로 배열된 나노 구조를 가질 수 있다. MEANS TO SOLVE THE PROBLEM The present inventors are novel by the method of sequentially polymerizing a predetermined (meth) acrylate type monomer and an acrylamide type monomer (The monomer of Formula 3 and 4 mentioned below; same as below.) Through RAFT polymerization method known as a living radical polymerization method. The diblock copolymer of was synthesized and its properties were found. In particular, when the diblock copolymer is treated by a solvent aging method or a heat treatment method described later, a hard segment including the acrylamide repeating unit of Formula 1 or a soft containing the (meth) acrylate repeating unit of Formula 2 On one of the segments, it was confirmed that a polymer thin film having a nanostructure (nano pattern) in which the remaining segments were regularly arranged in a cylinder form or the like could be produced. In addition, the diblock copolymer and the polymer thin film may have a nano structure in which the cylinder form is regularly arranged in a square shape or the like by adjusting the treatment conditions of the solvent aging method or the heat treatment method.

따라서, 상기 디블록공중합체를 사용하면, 이제까지 적용되던 포토리소그래피에 비해 미세한 나노 패턴의 형성이 가능해질 뿐만 아니라, 특히, 이러한 나노 패턴이 사각 모양 등으로 규칙적으로 배열된 실린더 형태 패턴을 포함할 수 있어, 반도체 소자의 회로 디자인에 적합하고 소자의 미세 패턴 형성 등에 매우 적합하게 적용될 수 있다. 또, 합성이 복잡한 트리블록 공중합체의 적용 또는 나노구조가 미리 가공된 별도의 포토마스크와 같은 금속 주형 보조물 등의 적용 없이도, 디블록공중합체 자체의 모폴로지 구조 제어만으로 상술한 나노 패턴을 형성할 수 있으므로, 상기 디블록공중합체는 차세대 반도체 소자를 포함한 전자 소자의 미세 패턴 형성 공정이나, 나노 바이오 센서의 제조 등에 적절히 적용될 수 있음이 확인되었다. Therefore, using the diblock copolymer, not only enables the formation of fine nanopatterns compared to photolithography that has been applied until now, but also, in particular, the nanopatterns may include a cylindrical pattern that is regularly arranged in a square shape or the like. Therefore, it is suitable for the circuit design of semiconductor devices and can be applied very well to the formation of fine patterns of devices. In addition, the above-described nanopattern can be formed only by controlling the morphology structure of the diblock copolymer itself without the application of a complex triblock copolymer or a metal mold aid such as a separate photomask in which the nanostructure is pre-processed. Therefore, it was confirmed that the diblock copolymer can be suitably applied to a fine pattern forming process of an electronic device including a next-generation semiconductor device, or to manufacturing a nano biosensor.

이와 같이, 상기 디블록공중합체를 이용해 상술한 규칙적 나노 구조 또는 나노 패턴을 형성할 수 있는 것은 하드세그먼트를 이루는 화학식 1의 아크릴아미드계 중합체 블록의 자기조립 거동과, 소프트세그먼트와의 미세상분리 현상에 의해 기인한 것으로 보인다. 이러한 기술적 원인을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. As such, it is possible to form the above-described regular nanostructures or nanopatterns using the diblock copolymers in the self-assembly behavior of the acrylamide-based polymer blocks of the general formula (1) constituting the hard segment and the microphase separation phenomenon with the soft segment. It seems to be caused by. This technical cause will be described in more detail as follows.

상기 하드세그먼트를 이루는 중합체 블록(즉, 화학식 1의 반복단위)은 후술하는 소정의 아크릴아미드계 단량체를 RAFT 중합하여 얻어질 수 있다. 그런데, 이러한 아크릴아미드계 단량체는 자기조립을 할 수 있는 비극성의 지방족 탄화수소(탄소수 10 이상)와, π-π 오비탈들의 상호작용을 일으키는 아릴렌 그룹과, 분자 내 또는 분자 간 수소결합을 야기할 수 있는 아미드 그룹이 도입된 화학 구조를 갖는 것이다. 이러한 지방족 장쇄 탄화수소의 자기조립 거동과, 아릴렌 그룹들의 π-π 상호작용과, 아미드 그룹들의 수소결합(intramolecular hydrogen bonding) 등을 통해, 상기 단량체는 고체 상태에서 규칙적인 단사정 결정구조 (monoclinic crystal structure), 예를 들어, 단사정 단결정을 형성할 수 있다. The polymer block constituting the hard segment (ie, the repeating unit of Formula 1) may be obtained by RAFT polymerization of a predetermined acrylamide monomer described later. However, such acrylamide-based monomers may cause hydrogen bonds in intramolecular or intermolecular interactions with nonpolar aliphatic hydrocarbons capable of self-assembly (more than 10 carbon atoms), arylene groups causing interaction of π-π orbitals Amide groups have a chemical structure introduced. Through the self-assembly behavior of aliphatic long-chain hydrocarbons, the π-π interaction of arylene groups, and the intermolecular hydrogen bonding of amide groups, the monomers have a regular monoclinic crystal structure in the solid state. structure, for example, monoclinic single crystal.

따라서, 이러한 단량체에 대해 RAFT 중합 등을 진행하게 되면, 상기 단량체 분자들이 잘 배향된 상태에서 리빙라디칼 중합반응이 일어나며, 이로 인해, 상기 고분자 사슬 내에서 각 단량체 분자들이 규칙적으로 배열될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 중합반응을 통해 잘 배향된 단량체 분자들이 결합하여 한 개의 고분자 사슬 (예를 들어, 한 개의 고분자 빌딩블록)을 형성할 수 있으며, 이러한 고분자 빌딩블록들이 모여 규칙적으로 배열된 중합체를 형성할 수 있다. 그러므로, 이러한 중합체 내에서의 고분자 빌딩블록들의 규칙적 배열 상태로 인해, 상기 하드세그먼트의 중합체 블록(즉, 화학식 1의 반복단위)은 중합 후 균일한 크기를 갖는 다수의 공간을 정의하는 자기 조립 특성 및 결정성을 나타낼 수 있다. Therefore, when RAFT polymerization is performed on such monomers, living radical polymerization occurs in a state in which the monomer molecules are well aligned, and thus, each monomer molecule may be regularly arranged in the polymer chain. More specifically, through the polymerization reaction, well-oriented monomer molecules may combine to form one polymer chain (for example, one polymer building block), and the polymer building blocks may be assembled to form a regularly arranged polymer. Can be formed. Therefore, due to the orderly arrangement of polymer building blocks in such polymers, the polymer blocks of the hard segment (ie, repeating units of Formula 1) are characterized by self-assembly properties that define a number of spaces of uniform size after polymerization and It may indicate crystallinity.

그런데, 상기 디블록공중합체는 상기 (메타)아크릴레이트계 단량체에 대한 RAFT 중합으로 소프트세그먼트를 이루는 중합체 블록을 형성한 상태에서, 상기 아크릴아미드계 단량체를 RAFT 중합시켜 제조되는 것이다. 따라서, 상기 아크릴아미드계 단량체에 대한 RAFT 중합을 진행하면, 상기 하드세그먼트 및 이를 이루는 단량체의 자기 조립 특성에 의해 정의된 다수의 공간에, 소프트세그먼트의 중합체 블록이 규칙적, 자발적으로 배열되어 상술한 디블록공중합체가 형성될 수 있다. 이러한 소프트세그먼트 중합체 블록의 규칙적 배열은 결정성을 띄는 하드세그먼트와 무정형을 띄는 소프트세그먼트와의 미세상분리 현상에 기인한 것으로 보인다. However, the diblock copolymer is prepared by RAFT polymerization of the acrylamide monomer in a state in which a polymer block forming a soft segment is formed by RAFT polymerization of the (meth) acrylate monomer. Accordingly, when the RAFT polymerization of the acrylamide-based monomer is performed, the polymer blocks of the soft segment are regularly and spontaneously arranged in a plurality of spaces defined by the hard segment and the self-assembly of the monomers constituting the acrylamide-based monomer. Block copolymers can be formed. The regular arrangement of such soft segment polymer blocks appears to be due to microphase separation between crystalline hard segments and amorphous soft segments.

그 결과, 상기 디블록공중합체 및 이를 용매숙성법 또는 열 처리법으로 처리한 고분자 박막에서는, 상기 화학식 1의 반복단위를 포함한 하드세그먼트 또는 상기 화학식 2의 반복단위를 포함한 소프트세그먼트 중 어느 하나의 세그먼트 상에, 나머지 세그먼트가 실린더 형태 등으로 규칙적으로 배열된 나노 구조(나노 패턴)가 형성될 수 있다. 또, 상기 용매숙성법 또는 열 처리법 등의 처리 조건을 조절함에 따라, 상기 디블록공중합체 및 고분자 박막은 상기 실린더 형태가 사각 모양 등으로 규칙적으로 배열된 나노 구조를 가질 수 있게 된다. 이러한 규칙적 나노 구조 또는 나노 패턴의 형성은 상기 고분자 박막에 대한 SEM 사진 등을 통해 확인할 수 있다. As a result, in the diblock copolymer and the polymer thin film treated with the solvent aging method or the heat treatment method, the hard segment including the repeating unit of Formula 1 or the soft segment including the repeating unit of Formula 2 may be used. For example, a nanostructure (nano pattern) in which the remaining segments are regularly arranged in a cylinder form or the like may be formed. In addition, the diblock copolymer and the polymer thin film may have a nano structure in which the cylinder form is regularly arranged in a square shape or the like by adjusting the processing conditions such as the solvent aging method or the heat treatment method. Formation of such regular nanostructures or nanopatterns can be confirmed through SEM photographs of the polymer thin film.

한편, 이하에서는 상술한 발명의 일 구현예에 따른 디블록공중합체 및 이의 각 세그먼트에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다. Meanwhile, the diblock copolymer and the respective segments thereof according to the embodiment of the present invention will be described in more detail below.

상술한 발명의 일 구현예에 따른 디블록공중합체는 화학식 1의 반복단위를 포함하는 하드세그먼트를 포함한다. 이러한 화학식 1의 반복단위에서, 상기 Z는 탄소수 6 내지 20인 임의의 아릴렌으로 될 수 있는데, 이러한 아릴렌의 예로는 오르소페닐렌(ortho-phenylene,

Figure pat00015
), 메타페닐렌(meta-phenylene,
Figure pat00016
), 파라페닐렌(para-phenylene,
Figure pat00017
), 나프탈렌(naphthalene,
Figure pat00018
), 아조벤젠(azobenzene,
Figure pat00019
), 안트라센(anthracene,
Figure pat00020
), 페난스렌(phenanthrene,
Figure pat00021
), 테트라센(tetracene,
Figure pat00022
), 파이렌(pyrene,
Figure pat00023
) 또는 벤조파이렌(benzopyrene,
Figure pat00024
) 등을 들 수 있다. The diblock copolymer according to the embodiment of the present invention includes a hard segment including a repeating unit of Formula 1. In the repeating unit of Formula 1, Z may be any arylene having 6 to 20 carbon atoms. Examples of such arylene include ortho-phenylene,
Figure pat00015
), Meta-phenylene,
Figure pat00016
), Para-phenylene,
Figure pat00017
), Naphthalene,
Figure pat00018
), Azobenzene (azobenzene,
Figure pat00019
), Anthracene,
Figure pat00020
), Phenanthrene
Figure pat00021
), Tetratracene,
Figure pat00022
), Pyrene,
Figure pat00023
) Or benzopyrene,
Figure pat00024
), And the like.

또한, 상기 R"는 Z에 포함된 방향족 고리의 오르소, 메타 또는 파라 위치에 치환되어 있는 선형 또는 분지형의 지방족 탄화수소로 될 수 있으며, 이러한 탄화수소는 탄소수 10 이상, 보다 구체적으로 탄소수 10 내지 20의 긴 사슬 길이를 가질 수 있다. 또, 상기 R"의 탄화수소는 불소로 치환될 수 있고, R"는 탄소수 10 내지 20의 선형 또는 분지형 퍼플루오로하이드로카본(perfluorohydrocarbon)으로 될 수도 있다.In addition, the R 'may be a linear or branched aliphatic hydrocarbon substituted in the ortho, meta or para position of the aromatic ring included in Z, such a hydrocarbon is 10 or more carbon atoms, more specifically 10 to 20 carbon atoms It can have a long chain length of. Further, the hydrocarbon of R 'may be substituted with fluorine, and R' may be a linear or branched perfluorohydrocarbon having 10 to 20 carbon atoms.

상기 화학식 1의 반복단위 및 후술하는 화학식 4의 단량체가 이러한 장쇄 탄화수소 및 아릴렌을 가짐에 따라, 상기 하드세그먼트나 그 단량체의 결정성 및 자기 조립 특성이 두드러지게 나타날 수 있고, 그 결과 미세 상분리 현상에 의해 결정성 하드세그먼트 또는 무정형의 소프트세그먼트 중 어느 하나의 세그먼트 상에 나머지 세그먼트가 사각 모양 등으로 규칙적으로 배열되어 나노 구조 또는 나노 패턴을 형성할 수 있다. As the repeating unit of Formula 1 and the monomer of Formula 4 to be described later have such a long-chain hydrocarbon and arylene, the crystallinity and self-assembly characteristics of the hard segment or its monomers can be prominently displayed, and as a result fine phase separation phenomenon By the remaining segments on either of the crystalline hard segment or the amorphous soft segment may be regularly arranged in a square shape or the like to form a nanostructure or nano pattern.

그리고, 상기 하드세그먼트는 화학식 1에 속하는 반복단위의 1종만을 포함할 수도 있지만, 화학식 1의 범주에 속하는 2종 이상의 반복단위를 포함하여, 공중합체 형태의 반복단위를 포함할 수도 있다. The hard segment may include only one type of repeating unit belonging to Formula 1, but may include a repeating unit in the form of a copolymer, including two or more repeating units belonging to the category of Formula 1.

또한, 상기 발명의 일 구현예에 따른 디블록공중합체는 상술한 하드세그먼트와 함께 무정형의 소프트세그먼트를 포함하는데, 이러한 소프트세그먼트는 화학식 2의 (메타)아크릴레이트계 반복단위를 포함한다. 이러한 (메타)아크릴레이트계 반복단위는 통상적인 아크릴레이트계 또는 메타크릴레이트계 단량체, 예를 들어, 메틸아크릴레이트(methyl acrylate; MA), 메틸메타크릴레이트(methyl methacrylate; MMA), 에틸아크릴레이트(ethyl acrylate; EA), 에틸메타크릴레이트(ethyl methacrylate; EMA), n-부틸아크릴레이트(n-butyl acrylate; BA) 또는 n-옥틸아크릴레이트(n-octyl acrylate; BA) 등에서 유래한 것으로 될 수 있다. 또, 상기 소프트세그먼트는 단일한 아크릴레이트계 또는 메타크릴레이트계 단량체에서 유래한 1종의 반복단위만을 포함할 수도 있지만, 2종 이상의 아크릴레이트계 또는 메타크릴레이트계 단량체에서 유래한 공중합체 형태의 반복단위, 즉, 2종 이상의 반복단위를 포함할 수도 있다. In addition, the diblock copolymer according to an embodiment of the present invention includes an amorphous soft segment together with the hard segment described above, and the soft segment includes a (meth) acrylate-based repeating unit of Chemical Formula 2. Such (meth) acrylate-based repeating units are conventional acrylate- or methacrylate-based monomers such as methyl acrylate (MA), methyl methacrylate (MMA), ethyl acrylate (ethyl acrylate; EA), ethyl methacrylate (EMA), n-butyl acrylate (BA) or n-octyl acrylate (BA). Can be. In addition, the soft segment may include only one repeating unit derived from a single acrylate-based or methacrylate-based monomer, but may be in the form of a copolymer derived from two or more acrylate-based or methacrylate-based monomers. It may also include a repeating unit, that is, two or more repeating units.

또한, 상기 디블록공중합체는 약 5000 내지 200000의 수평균분자량, 혹은 약 10000 내지 100000의 수평균분자량을 가질 수 있다. 그리고, 이러한 디블록공중합체에 포함된 소프트세그먼트는 약 3000 내지 100000의 수평균분자량, 혹은 약 5000 내지 80000의 수평균분자량을 가질 수 있다. 또, 상기 디블록공중합체는 하드세그먼트의 약 20 내지 80몰%, 혹은 약 30 내지 70몰%와, 소프트세그먼트의 약 80 내지 20몰%, 혹은 약 70 내지 30몰%를 포함할 수 있다. In addition, the diblock copolymer may have a number average molecular weight of about 5000 to 200000, or a number average molecular weight of about 10000 to 100000. In addition, the soft segment included in the diblock copolymer may have a number average molecular weight of about 3000 to 100000, or a number average molecular weight of about 5000 to 80000. In addition, the diblock copolymer may include about 20 to 80 mol%, or about 30 to 70 mol% of the hard segment, and about 80 to 20 mol%, or about 70 to 30 mol% of the soft segment.

상기 디블록공중합체가 이러한 분자량 특성 및 각 세그먼트의 함량 범위를 충족함에 따라, 상기 디블록공중합체를 용매숙성법 또는 열 처리법 등으로 처리하여 규칙적인 나노 구조 또는 나노 패턴을 포함하는 고분자 박막을 보다 바람직하게 형성할 수 있고, 이를 각종 소자의 나노 패턴 형성에 적합하게 적용할 수 있다. As the diblock copolymer satisfies these molecular weight characteristics and the content range of each segment, the diblock copolymer is treated with a solvent aging method or a heat treatment method to obtain a polymer thin film including a regular nanostructure or nanopattern. It can be preferably formed, it can be suitably applied to the nano-pattern formation of various devices.

그리고, 상기 결정성을 띄는 하드세그먼트 및 이를 포함하는 디블록공중합체는 약 200 내지 300℃의 융점(Tm), 혹은 약 220 내지 280℃의 융점을 가질 수 있다. 또한, 상기 무정형을 띄는 소프트세그먼트는 약 105 내지 130℃의 유리 전이 온도(Tg), 혹은 약 110 내지 120℃의 유리 전이 온도를 가질 수 있다. 상기 하드세그먼트 및 소프트세그먼트가 이러한 범위의 융점 및 유리 전이 온도 범위를 가짐에 따라, 규칙적인 나노 구조 또는 나노 패턴을 포함하는 고분자 박막을 보다 바람직하게 형성할 수 있다. In addition, the hard segment having the crystallinity and the diblock copolymer including the same may have a melting point (T m ) of about 200 to 300 ° C., or a melting point of about 220 to 280 ° C. In addition, the amorphous soft segment may have a glass transition temperature (Tg) of about 105 to 130 ° C, or a glass transition temperature of about 110 to 120 ° C. As the hard and soft segments have a melting point and a glass transition temperature range in this range, a polymer thin film including a regular nanostructure or nanopattern may be more preferably formed.

한편, 발명의 다른 구현예에 따르면, 상술한 디블록공중합체의 제조 방법이 제공된다. 이러한 디블록공중합체의 제조 방법은 라디칼 개시제 및 RAFT 시약의 존재 하에, 화학식 3의 (메타)아크릴레이트계 단량체를 1종 이상 포함하는 반응물을 RAFT 중합하는 단계; 및 상기 중합 생성물의 존재 하에, 화학식 4의 단량체를 1종 이상 포함하는 반응물을 RAFT 중합하는 단계를 포함할 수 있다:On the other hand, according to another embodiment of the invention, there is provided a method for producing the diblock copolymer described above. The method for preparing a diblock copolymer includes RAFT polymerizing a reactant including at least one (meth) acrylate monomer of Formula 3 in the presence of a radical initiator and a RAFT reagent; And RAFT polymerizing the reactant comprising at least one monomer of Formula 4 in the presence of the polymerization product:

[화학식 3](3)

Figure pat00025
Figure pat00025

[화학식 4][Formula 4]

Figure pat00026
Figure pat00026

상기 화학식 3 및 4에서, R1, R2, R 및 R'는 화학식 1 및 2에서 정의된 바와 같다.In Formulas 3 and 4, R 1 , R 2 , R and R 'are as defined in Formulas 1 and 2.

이와 같이, 화학식 3의 (메타)아크릴레이트계 단량체를 RAFT 중합하여 소프트세그먼트를 이루는 중합체 블록을 형성하고, 이의 존재 하에 화학식 4의 아크릴아미드계 단량체를 RAFT 중합하여 하드세그먼트를 이루는 중합체 블록을 형성함에 따라, 일 구현예의 디블록공중합체가 쉽게 제조될 수 있다. 즉, 상기 첫 번째 RAFT 중합 단계를 진행하면, 상기 화학식 3의 단량체가 중합되면서 이의 양 말단에 RAFT 시약이 결합된 중합체가 제조될 수 있다. 이어서, 이러한 중합체를 일종의 거대개시제(macroinitiator)로 사용하여 화학식 4의 단량체에 대한 RAFT 중합을 진행하면, 이러한 화학식 4의 단량체가 중합되면서 상기 거대개시제의 말단에 결합될 수 있고, 그 결과, 상술한 일 구현예의 하드세그먼트 및 소프트세그먼트를 포함하는 디블록공중합체가 제조될 수 있는 것이다. Thus, RAFT polymerization of the (meth) acrylate monomer of Formula 3 to form a polymer block to form a soft segment, and in the presence of RAFT polymerization of the acrylamide monomer of Formula 4 to form a polymer block forming a hard segment Thus, the diblock copolymers of one embodiment can be readily prepared. That is, when the first RAFT polymerization step is performed, a polymer in which the RAFT reagent is coupled to both terminals thereof may be prepared while the monomer of Formula 3 is polymerized. Subsequently, when the polymer is used as a kind of macroinitiator and proceeds to RAFT polymerization of the monomer of Formula 4, the monomer of Formula 4 may be polymerized and bonded to the end of the macroinitiator. Diblock copolymers comprising hard and soft segments in one embodiment can be prepared.

이미 상술한 바와 같이, 상기 디블록공중합체 및 이를 포함하는 고분자 박막은 화학식 4의 단량체가 중합된 하드세그먼트의 자기 조립 특성 및 결정성 등으로 인해, 하드세그먼트 또는 소프트세그먼트의 어느 하나의 세그먼트 상에 나머지 세그먼트가 실린더 형태 등으로 규칙적으로 배열된 특성을 나타낼 수 있다. 따라서, 이러한 디블록공중합체를 이용해 상기 실린더 형태가 사각 모양 등으로 규칙적으로 배열된 고분자 박막을 제조하여, 이를 각종 전자 소자의 미세 패턴 형성 또는 나노 바이오 센서의 제조에 적절히 적용할 수 있다.  As described above, the diblock copolymer and the polymer thin film including the same may be formed on one segment of the hard segment or the soft segment due to the self-assembly and crystallinity of the hard segment polymerized with the monomer of Formula 4, and the like. The remaining segments may exhibit a regularly arranged characteristic such as a cylinder shape. Therefore, by using the diblock copolymer, a polymer thin film in which the cylinder form is regularly arranged in a square shape or the like may be manufactured, and this may be appropriately applied to forming micro patterns of various electronic devices or manufacturing nano biosensors.

이하, 상술한 디블록공중합체의 제조 방법을 단계별로 보다 구체적으로 설명하기로 한다. Hereinafter, the method for preparing the diblock copolymer described above will be described in more detail step by step.

먼저, 상기 제조방법에서, 상기 화학식 3의 단량체로는 널리 알려진 임의의 (메타)아크릴레이트계 단량체를 사용할 수 있는데, 그 구체적인 예로는 메틸아크릴레이트(methyl acrylate; MA), 메틸메타크릴레이트(methyl methacrylate; MMA), 에틸아크릴레이트(ethyl acrylate; EA), 에틸메타크릴레이트(ethtyl methacrylate; EMA), n-부틸아크릴레이트(n-butyl acrylate; BA) 또는 n-옥틸아크릴레이트(n-octyl acrylate; BA) 등을 들 수 있으며, 이들 중에 선택된 2종 이상의 단량체를 사용할 수도 있음은 물론이다. First, in the preparation method, any of the well-known (meth) acrylate monomers may be used as the monomer of Formula 3, and specific examples thereof include methyl acrylate (MA) and methyl methacrylate (methyl). methacrylate (MMA), ethyl acrylate (EA), ethyl methacrylate (EMA), n-butyl acrylate (BA) or n-octyl acrylate BA) etc. are mentioned, Of course, you may use 2 or more types of monomers selected from these.

또한, 상기 화학식 4의 단량체로는 화학식 4의 구조를 충족하는 임의의 단량체를 사용할 수 있는데, 그 구체적인 예로는 파라도데실페닐아크릴아미드[N-(p-dodecyl)phenyl acrylamide, DOPAM], 파라테트라데실페닐아크릴아미드[N-(p-tetradecyl)phenyl acrylamide, TEPAM], 파라헥사데실페닐아크릴아미드[N-(p-hexadecyl)phenyl acrylamide, HEPAM), 파라도데실나프틸아크릴아미드[N-(p-dodecyl)naphthyl acrylamide, DONAM], 파라테트라데실나프틸아크릴아미드[N-(p-tetradecyl)naphthyl acrylamide, TENAM], 파라헥사데실나프틸아크릴아미드[N-(p-hexadecyl)naphthyl acrylamide, HENAM), 파라도데실아조벤젠닐아크릴아미드[N-(p-dodecyl)azobenzenyl acrylamide, DOAZAM], 파라테트라데실아조벤젠닐아크릴아미드[N-(p-tetradecyl)azobenzenyl acrylamide, TEAZAM], 파라헥사데실아조벤젠닐아크릴아미드[N-(p-hexadecyl)azobenzenyl acrylamide, HEAZAM], 또는 N-[4-(3-(5-(4-도데실-페닐카바모일)펜틸-카바모일)-프로필)페닐 아크릴아미드 {N-[4-(3-(5-(4-dodecyl-phenylcarbamoyl)pentyl-carbamoyl)-propyl)phenyl acrylamide, DOPPPAM) 등을 들 수 있으며, 이들 중에 선택된 2종 이상의 단량체를 사용할 수도 있다. In addition, any monomer satisfying the structure of Chemical Formula 4 may be used as the monomer of Chemical Formula 4, and specific examples thereof may be paradodecylphenylacrylamide [N- (p-dodecyl) phenyl acrylamide, DOPAM], paratetra. Decylphenylacrylamide [N- (p-tetradecyl) phenyl acrylamide, TEPAM], parahexadecylphenylacrylamide [N- (p-hexadecyl) phenyl acrylamide, HEPAM), paradodecylnaphthylacrylamide [N- (p -dodecyl) naphthyl acrylamide, DONAM], paratetradecylnaphthyl acrylamide [N- (p-tetradecyl) naphthyl acrylamide, TENAM], parahexadecylnaphthyl acrylamide [N- (p-hexadecyl) naphthyl acrylamide, HENAM) , Paradodecyl azobenzene nil acrylamide [N- (p-dodecyl) azobenzenyl acrylamide, DOAZAM], para tetradecyl azobenzene nil acrylamide [N- (p-tetradecyl) azobenzenyl acrylamide, TEAZAM] [N- (p-hexadecyl) azobenzenyl acrylamide, HEAZAM], or N- [4- (3- (5- ( 4-dodecyl-phenylcarbamoyl) pentyl-carbamoyl) -propyl) phenyl acrylamide {N- (4- (3- (5- (4-dodecyl-phenylcarbamoyl) pentyl-carbamoyl) -propyl) phenyl acrylamide, DOPPPAM ) And two or more kinds of monomers selected from these may be used.

또한, 상기 화학식 4의 단량체는 이미 상술한 단사정 결정구조, 예를 들어, 단사정 단결정의 형태를 띨 수 있다. 상기 단량체를 단사정 단결정의 형태로 얻은 후, RAFT 중합 등을 통해 하드세그먼트 및 디블록공중합체를 형성함에 따라, 이러한 단량체 분자들이 보다 규칙적으로 배열되고 잘 배향된 단량체 분자들이 결합될 수 있다. 그 결과, 이러한 하드세그먼트 상에 보다 규칙적인 공간들이 정의되고, 그 공간들 내에 소프트세그먼트가 규칙적으로 배열되어, 더욱 양호하고 규칙적인 나노 구조 및 나노 패턴을 갖는 디블록공중합체와, 고분자 박막이 제조될 수 있다. In addition, the monomer of Formula 4 may take the form of the monoclinic crystal structure described above, for example, monoclinic single crystal. After the monomers are obtained in the form of monoclinic single crystals, such monomer molecules may be more regularly aligned and well-oriented monomer molecules may be combined by forming hard segments and diblock copolymers through RAFT polymerization or the like. As a result, more regular spaces are defined on these hard segments, and soft segments are regularly arranged within the spaces, thereby producing a diblock copolymer having a better and regular nanostructure and nanopattern, and a polymer thin film. Can be.

상기 화학식 4의 단량체를 단결정의 형태로 얻기 위해, 단량체 합성 후 극성 용매 및/또는 비극성 용매 내에서 결정성장제를 첨가하여 단결정을 성장시킬 수 있다. 이때, 단결정의 성장속도는 사용된 극성용매와 비극성 용매의 조성과 비율, 결정성장 시간 및 온도와, 첨가된 결정성장제의 화학적 구조 및 농도 등에 의존하여 결정될 수 있다.In order to obtain the monomer of Formula 4 in the form of a single crystal, a single crystal may be grown by adding a crystal growth agent in a polar solvent and / or a nonpolar solvent after the monomer synthesis. In this case, the growth rate of the single crystal may be determined depending on the composition and ratio of the polar solvent and the nonpolar solvent used, the crystal growth time and temperature, the chemical structure and the concentration of the added crystal growth agent, and the like.

한편, 상기 다른 구현예의 제조 방법에서는, 먼저, 라디칼 개시제 및 RAFT 시약의 존재 하에, 화학식 3의 (메타)아크릴레이트계 단량체를 1종 이상 포함하는 반응물을 RAFT 중합한다. 그 결과, 상기 화학식 3의 단량체가 중합된 (메타)아크릴레이트계 중합체의 양 말단에 RAFT 시약이 결합된 형태의 일종의 거대개시제가 얻어질 수 있다. On the other hand, in the production method of the other embodiment, first, in the presence of a radical initiator and a RAFT reagent, RAFT polymerization of a reactant comprising at least one (meth) acrylate monomer of the formula (3). As a result, a kind of macroinitiator of the form in which the RAFT reagent is bonded to both ends of the (meth) acrylate polymer polymerized with the monomer of Formula 3 may be obtained.

이때, 상기 라디칼 개시제, RAFT 시약 및 화학식 3의 단량체 등은 유기용매에 용해된 반응용액으로 준비될 수 있고, 이러한 반응용액 상태에서 상기 RAFT 중합공정이 진행될 수 있다. 이때, 상기 유기용매로는 메틸렌클로라이드, 1,2-디클로로에탄, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 벤젠 및 톨루엔 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 할로겐계 또는 방향족계 용매나, 아세톤, 클로로포름, 테트라하이드로퓨란(THF), 디옥산(dioxane), 모노글라임(monoglyme), 디글라임(diglyme), 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸술폭사이드(DMSO) 및 디메틸아세트아미드(DMAC) 등으로 이루어진 군에서 선택된 단독 또는 2종 이상의 극성 혼합용매를 사용할 수 있다. 이러한 유기용매는 화학식 3의 단량체 중량에 대해 약 2배 내지 10배로 사용될 수 있다. 이러한 유기용매는 후술하는 화학식 4의 단량체에 대한 RAFT 중합 단계에서도 반응 매질로서 마찬가지로 사용될 수 있다. In this case, the radical initiator, the RAFT reagent and the monomer of Formula 3 may be prepared as a reaction solution dissolved in an organic solvent, and the RAFT polymerization process may be performed in the reaction solution state. In this case, the organic solvent is one or more halogen- or aromatic solvents selected from the group consisting of methylene chloride, 1,2-dichloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, benzene, toluene, acetone, chloroform, tetrahydrofuran (THF), dioxane, monoglyme, diglyme, dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylacetamide (DMAC), and the like. Or two or more polar mixed solvents can be used. Such an organic solvent may be used in about 2 to 10 times the weight of the monomer of formula (3). This organic solvent may be used as a reaction medium in the RAFT polymerization step for the monomer of Formula 4 described below.

그리고, 상기 라디칼 개시제로는 라디칼 중합에 사용 가능한 것으로 알려진 개시제를 별다른 제한 없이 모두 사용할 수 있다. 이러한 라디칼 개시제의 예로는 아조비스이소부티로니트릴 (azobisisobutyronitrile, AIBN), 2,2'-아조비스-2,4-디메틸발러로니트릴 (2,2'-azobis-(2,4-dimethylvaleronitrile), 벤조일퍼옥시드(benzoyl peroxide, BPO) 또는 디터시아리부틸퍼옥시드(di-t-butyl peroxide, DTBP) 등을 들 수 있으며, 이들 중에 선택된 2 종 이상을 사용할 수도 있다. 이러한 라디칼 개시제 역시 후술하는 화학식 4의 단량체에 대한 RAFT 중합 단계에서도 마찬가지로 사용될 수 있다. As the radical initiator, any initiator known to be usable for radical polymerization may be used without any particular limitation. Examples of such radical initiators include azobisisobutyronitrile (AIBN), 2,2'-azobis-2,4-dimethylvaleronitrile (2,2'-azobis- (2,4-dimethylvaleronitrile), Benzoyl peroxide (BPO) or di-t-butyl peroxide (DTBP), and the like, and two or more selected from them may be used. It may likewise be used in the RAFT polymerization step for the monomer of 4.

또, 상기 RAFT 시약으로는 S-1-도데실-S′-(α,α′-디메틸-α"-아세틱에시드)트리티오카보네이트 [S-1-dodecyl-S′-(α,α′-dimethyl-α"-acetic acid)trithiocarbonate], 시아노이소프로필 디티오벤조에이트(cyanoisopropyl dithiobenzoate), 큐밀디티오벤조에이트(cumyl thiobenzoate), 큐밀페닐티오아세테이트(cumyl phenylthioacetate), 1-페닐에틸-1-페닐디티오아세테이트(1-phenylethyl-1-phenyldithioacetate), 또는 4-시아노-4-(티오벤조일티오)-N-숙신이미드바러레이트(4-cyano-4-(thiobenzoylthio) -N-succinimide valerate)와 같은 열분해 개시제를 사용할 수 있으며, 이들 중에 선택된 2종 이상의 혼합물을 사용할 수도 있다.Moreover, as said RAFT reagent, S-1-dodecyl-S '-((alpha,)'-dimethyl- alpha'-acetic acid) trithiocarbonate [S-1-dodecyl-S '-((alpha, alpha') -dimethyl-α-acetic acid trithiocarbonate], cyanoisopropyl dithiobenzoate, cumyl thiobenzoate, cumyl phenylthioacetate, 1-phenylethyl-1 -Phenyldithioacetate (1-phenylethyl-1-phenyldithioacetate), or 4-cyano-4- (thiobenzoylthio) -N-succinimidebarrate (4-cyano-4- (thiobenzoylthio) -N-succinimide pyrolysis initiators such as valerate), and mixtures of two or more selected from them may be used.

상기 RAFT 시약은 상기 화학식 3의 단량체의 중량에 대해 약 0.001 내지 5.0 몰%의 비율로 사용될 수 있고, 상술한 라디칼 개시제는 상기 RAFT 시약에 대하여 약 0.1 내지 1.0의 몰 당량비로 사용될 수 있다. 이러한 함량으로 라디칼 개시제 및 RAFT 시약을 사용하여 RAFT 중합 공정을 효과적으로 진행할 수 있다. The RAFT reagent may be used in a ratio of about 0.001 to 5.0 mol% based on the weight of the monomer of Formula 3, and the radical initiator may be used in a molar equivalent ratio of about 0.1 to 1.0 with respect to the RAFT reagent. With this content, the RAFT polymerization process can be effectively carried out using radical initiators and RAFT reagents.

상기 화학식 3의 단량체에 대한 RAFT 중합 공정을 진행하면, 상기 화학식 3의 단량체가 중합된 (메타)아크릴레이트계 중합체의 양 말단에 RAFT 시약이 결합된 형태의 일종의 거대개시제가 얻어질 수 있다. 이러한 거대개시제는 최종 제조되는 디블록공중합체의 소프트세그먼트 분자량에 대응하는 분자량을 가질 수 있고, 약 3000 내지 100000의 수평균분자량, 혹은 약 5000 내지 50000의 수평균분자량을 가질 수 있다.When the RAFT polymerization process is performed on the monomer of Formula 3, a type of macroinitiator of the type in which the RAFT reagent is bonded to both ends of the (meth) acrylate polymer polymerized with the monomer of Formula 3 may be obtained. Such a macroinitiator may have a molecular weight corresponding to the soft segment molecular weight of the final diblock copolymer, and may have a number average molecular weight of about 3000 to 100000, or a number average molecular weight of about 5000 to 50000.

한편, 화학식 3의 RAFT 중합 공정 후에는, 이의 중합 생성물, 즉, 상기 거대개시제 및 라디칼 개시제의 존재 하에 화학식 4의 단량체에 대한 RAFT 중합 단계를 진행한다. 이러한 RAFT 중합 공정은 첫 번째 RAFT 중합 공정에서와 동일한 종류 및 양으로 라디칼 개시제 및 유기용매를 사용해 진행할 수 있고, 다만, RAFT 시약 대신 상술한 거대개시제의 존재 하에 진행할 수 있다. 그 결과, 화학식 4의 단량체가 중합되면서 하드세그먼트가 형성되고, 이러한 하드세그먼트가 거대개시제 양 말단에 결합되면서 일 구현예의 디블록공중합체가 제조될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 화학식 3의 RAFT 중합 공정 후에, 상기 거대개시제, 라디칼 개시제, 화학식 4의 단량체 및 유기용매를 균일하게 혼합하여 용액을 형성하고, 질소 분위기 하에서 용액 내에 존재하는 산소를 제거한 후, 이후의 화학식 4의 단량체에 대한 RAFT 중합 단계를 진행할 수 있다. On the other hand, after the RAFT polymerization process of the formula (3), the RAFT polymerization step for the monomer of the formula (4) in the presence of its polymerization product, that is, the macroinitiator and radical initiator. This RAFT polymerization process can be carried out using the radical initiator and the organic solvent in the same kind and amount as in the first RAFT polymerization process, but in the presence of the above-mentioned macroinitiator in place of the RAFT reagent. As a result, a hard segment is formed while the monomer of Formula 4 is polymerized, and the diblock copolymer of one embodiment may be prepared while the hard segment is bonded to both ends of the macroinitiator. More specifically, after the RAFT polymerization process of Chemical Formula 3, the macroinitiator, the radical initiator, the monomer of Chemical Formula 4 and the organic solvent are uniformly mixed to form a solution, and after removing the oxygen present in the solution under a nitrogen atmosphere, RAFT polymerization of the monomer of Formula 4 may be performed.

상술한 제조방법에서, 화학식 3 및 4의 단량체에 대한 각각의 RAFT 중합공정은 약 60 내지 140℃의 반응 온도에서 진행될 수 있다. 또한, 상기 RAFT 중합공정은 약 30 내지 200시간, 보다 구체적으로 약 50 내지 170시간 동안 진행될 수 있다. In the above-described preparation method, each RAFT polymerization process for the monomers of Formulas 3 and 4 may be carried out at a reaction temperature of about 60 to 140 ℃. In addition, the RAFT polymerization process may be performed for about 30 to 200 hours, more specifically about 50 to 170 hours.

또, 상기 화학식 4의 단량체에 대한 RAFT 중합 단계를 진행한 후에는, 이의 중합 생성물을 비용매 내에서 침전시키는 단계를 더 진행할 수 있다. 그 결과, 일 구현예의 디블록공중합체가 고순도로 얻어질 수 있다. 상기 비용매로는 상술한 중합 생성물(예를 들어, 각 세그먼트에 대응하는 중합체 및 일 구현예의 디블록공중합체)을 용해시키지 않는 용매를 사용할 수 있다. 이러한 비용매의 예로는, 메탄올, 에탄올, 노르말 프로판올, 이소프로판올, 또는 에틸렌글리콜과 같은 극성 용매나, 노르말 헥산, 시클로헥산, 노르말 헵탄 또는 페트롤리움 에테르와 같은 비극성 용매를 들 수 있으며, 이들 중에 선택된 2종 이상의 혼합용매를 사용할 수도 있음은 물론이다. In addition, after the RAFT polymerization step for the monomer of Formula 4, the step of precipitating the polymerization product thereof in the non-solvent can be further proceeded. As a result, the diblock copolymer of one embodiment can be obtained with high purity. As the non-solvent, a solvent which does not dissolve the above-described polymerization product (eg, a polymer corresponding to each segment and a diblock copolymer of one embodiment) may be used. Examples of such nonsolvents include methanol, ethanol, normal propanol, isopropanol, or And polar solvents such as ethylene glycol, and nonpolar solvents such as normal hexane, cyclohexane, normal heptane or petroleum ether, and two or more mixed solvents selected from them may be used.

한편, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상술한 디블록공중합체를 포함하는 고분자 박막 및 이의 제조 방법에 제공된다. 먼저, 상기 고분자 박막은 일 구현예의 디블록공중합체를 포함하고, 상기 하드세그먼트 또는 소프트세그먼트 중 어느 하나의 세그먼트 상에 나머지 세그먼트가 실린더 형태 또는 구 형태 등으로 규칙적으로 배열되어 있는 것으로 될 수 있다. 그리고, 이러한 고분자 박막의 제조 방법은 디블록공중합체의 용액을 기재 상에 도포하여 박막을 형성하는 단계; 및 상기 도포된 박막을 비극성 용매 및 극성 용매의 혼합 용매 내에서 용매숙성시키거나, 하드세그먼트의 융점 및 소프트세그먼트의 유리 전이 온도에서 각각 열 처리하는 단계를 포함할 수 있다. On the other hand, according to another embodiment of the invention, it is provided in a polymer thin film and a manufacturing method comprising the above-described diblock copolymer. First, the polymer thin film may include a diblock copolymer of one embodiment, and the remaining segments may be regularly arranged in a cylindrical shape or a spherical shape on any one of the hard segment or the soft segment. In addition, the method of manufacturing a polymer thin film may include applying a solution of a diblock copolymer onto a substrate to form a thin film; And subjecting the applied thin film to solvent aging in a mixed solvent of a non-polar solvent and a polar solvent, or thermally treating each of the hard segment at the melting point of the hard segment and the glass transition temperature of the soft segment.

이러한 또 다른 구현예에 따른 고분자 박막의 제조 방법 및 이를 이용해 제조된 고분자 박막에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, a method of manufacturing a polymer thin film and a polymer thin film manufactured using the same according to another embodiment will be described in detail.

상술한 바와 같이, 일 구현예의 디블록공중합체는 하드세그먼트 및 이의 형성을 위한 단량체의 결정성 및 자기 조립 특성과, 세그먼트 간의 미세 상분리 특성 등으로 인해, 하드세그먼트 또는 소프트세그먼트 중 어느 하나의 세그먼트 상에 규칙적으로 배열된 나머지 세그먼트의 나노 구조 또는 나노 패턴을 포함하는 고분자 박막 형태로 제조될 수 있다. 보다 구체적으로, 상술한 다른 구현예의 방법에 따라 디블록공중합체를 제조한 후, 이를 유기용매에 용해시켜 기재(substrate) 상에 스핀코터 등을 이용해 도포하고, 상기 도포된 박막을 용매숙성시키거나 열 처리함에 따라, 어느 하나의 세그먼트 상에 나머지 세그먼트가 실린더 형태 또는 구 형태 등으로 규칙적으로 배열된 고분자 박막이 얻어질 수 있음이 확인되었다. As described above, the diblock copolymer of one embodiment may be formed on the segment of any one of the hard segment or the soft segment due to the crystallinity and self-assembly characteristics of the hard segment and the monomer for forming the same, and the fine phase separation between the segments. It may be prepared in the form of a polymer thin film including nanostructures or nano-patterns of the remaining segments arranged regularly. More specifically, after preparing a diblock copolymer according to the method of another embodiment described above, it is dissolved in an organic solvent and applied to the substrate using a spin coater or the like, and the applied thin film is solvent-aged or By the heat treatment, it was confirmed that a polymer thin film in which the remaining segments were regularly arranged in a cylinder shape or a sphere shape on one segment could be obtained.

특히, 이러한 고분자 박막에 배열된 실린더 형태 패턴은 용매숙성 또는 열 처리 조건 등의 조절에 따라, 상기 고분자 박막의 어느 한 평면(예를 들어, 기재와 수평한 고분자 박막의 상면 또는 기재와 수직한 고분자 박막의 일 측면) 상에서 볼 때, 라멜라 모양, 사각 모양 또는 육각 모양 등의 다양한 모양으로 규칙적으로 배열될 수 있음이 확인되었다. 예를 들어, 고분자 박막의 일 측면 상에서 볼 때, 라멜라 모양으로 규칙적으로 배열되거나, 고분자 박막의 상면 또는 일 측면에서 보아 사각 모양 또는 육각 모양 등으로 배열될 수 있다. 이러한 고분자 박막을 이용하면, 자외선을 조사하여 실린더 형태 등을 갖는 세그먼트, 예를 들어, 소프트세그먼트의 나노 패턴을 선택적으로 분해 및 제거할 수 있고, 기재 상에 남은 나머지 세그먼트, 예를 들어, 하드세그먼트를 마스크로 이용하여 하부막(기재 상의 패턴 대상막)을 식각하여 원하는 형태로 패터닝할 수 있다. 더구나, 이전의 블록 공중합체를 사용하는 경우 구현이 어려웠던 사각 모양으로 배열된 나노 패턴 또한 용이하게 형성할 수 있으므로, 상기 고분자 박막을 차세대 반도체 소자를 포함한 각종 전자 소자의 미세 패턴 형성 공정이나, 나노 바이오 센서의 제조 등에 적절히 적용할 수 있다. Particularly, the cylindrical pattern arranged on the polymer thin film may be formed according to the control of solvent maturation or heat treatment conditions. On one side of the thin film), it was confirmed that it can be regularly arranged in a variety of shapes, such as lamellar, square or hexagonal shape. For example, when viewed on one side of the polymer thin film, it may be regularly arranged in a lamellar shape, or may be arranged in a square or hexagonal shape as viewed from the top or one side of the polymer thin film. By using such a polymer thin film, it is possible to selectively decompose and remove the nano pattern of the segment, for example, the soft segment, by the ultraviolet ray irradiation, and the remaining segments on the substrate, for example, hard segment The lower layer (the pattern target layer on the substrate) may be etched using the as a mask and patterned into a desired shape. In addition, since the nano-patterns arranged in a square shape, which were difficult to implement in the case of the previous block copolymer, can also be easily formed, the polymer thin film may be formed in a micro-pattern forming process of various electronic devices including next-generation semiconductor devices, or nano-bio. It can apply suitably to manufacture of a sensor.

이러한 고분자 박막의 형성을 위해서는, 먼저, 일 구현의 디블록공중합체를 유기용매에 용해시켜 기재 상에 도포한다. 이때, 상기 디블록공중합체는 약 5000 내지 200000의 수평균분자량, 혹은 약 10000 내지 100000의 수평균분자량을 가질 수 있다. 그리고, 상기 디블록공중합체는 하드세그먼트의 약 20 내지 80몰%, 혹은 약 230 내지 870몰%와, 소프트세그먼트의 약 80 내지 20몰%, 혹은 약 70 내지 30몰%를 포함할 수 있다. In order to form such a polymer thin film, first, a diblock copolymer of one embodiment is dissolved in an organic solvent and coated on a substrate. In this case, the diblock copolymer may have a number average molecular weight of about 5000 to 200000, or a number average molecular weight of about 10000 to 100000. In addition, the diblock copolymer may include about 20 to 80 mol%, or about 230 to 870 mol% of the hard segment, and about 80 to 20 mol%, or about 70 to 30 mol% of the soft segment.

상기 디블록공중합체가 이러한 분자량 특성 및 각 세그먼트의 함량 범위를 충족함에 따라, 상기 디블록공중합체를 용매숙성법 또는 열 처리법 등으로 처리하여 규칙적인 나노 구조 또는 나노 패턴을 포함하는 고분자 박막을 보다 바람직하게 형성할 수 있다.As the diblock copolymer satisfies these molecular weight characteristics and the content range of each segment, the diblock copolymer is treated with a solvent aging method or a heat treatment method to obtain a polymer thin film including a regular nanostructure or nanopattern. It can form preferably.

또한, 상기 유기용매로는 n-헥산, n-헵탄, n-옥탄, 사이클로헥산, 메틸렌클로라이드, 1,2-디클로로에탄, 클로로포름, 에틸에테르, 벤젠, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 톨루엔, THF, 아세톤, 디옥산, 메탄올, 에탄올, 에틸아세테이트, DMF, DMAC, 또는 DMSO와 같은 비극성 또는 극성 용매들 중 선택된 1종 이상의 용매를 사용할 수 있다. 유기용매의 양은 디블록공중합체 중량에 대하여 약 10배 이상으로 함이 적절하다. In addition, the organic solvent is n-hexane, n-heptane, n-octane, cyclohexane, methylene chloride, 1,2-dichloroethane, chloroform, ethyl ether, benzene, chlorobenzene, dichlorobenzene, toluene, THF, acetone One or more solvents selected from nonpolar or polar solvents such as dioxane, methanol, ethanol, ethyl acetate, DMF, DMAC, or DMSO can be used. The amount of the organic solvent is suitably at least about 10 times the weight of the diblock copolymer.

그리고, 상기 디블록공중합체의 유기 용액을 균일한 두께로 도포하기 위해서는, 이러한 유기 용액을 스핀코터 등으로 기재 상에 스핀도포하여 박막을 형성할 수 있다. 이때, 용매의 종류 및 농도는 물론 스핀코터의 회전수와 회전시간도 중요하며, 이러한 점을 고려하여 회전수와 시간을 각각 약 2000-4000 rpm, 약 20-60초 사이로 조절할 수 있다. In order to apply the organic solution of the diblock copolymer to a uniform thickness, the organic solution may be spin-coated on a substrate with a spin coater or the like to form a thin film. At this time, the number and concentration of the solvent, as well as the rotational speed and rotational time of the spin coater is important, in consideration of this point the rotational speed and time can be adjusted between about 2000-4000 rpm, about 20-60 seconds respectively.

한편, 상기 디블록공중합체의 용액을 도포한 후에는, 이러한 박막을 용매숙성시키거나 열 처리하는 단계를 진행한다. 이때, 용매숙성 방법에서는 상기 디블록공중합체의 용해를 위해 사용된 것과 동일한 유기 용매를 사용할 수도 있지만, 비극성 용매와 극성용매에서 각각 선택된 2종 이상의 혼합용매를 사용하는 것이 좋다. 또, 상기 용매숙성은 상온의 온도에서 약 4내지 96시간 사이로 진행할 수 있다. 그리고, 열 처리 방법에서는, 하드세그먼트를 이루는 화학식 1의 반복단위의 융점(Tm)과, 소프트세그먼트를 이루는 화학식 2의 반복단위의 유리전이온도(Tg)에서 각각 약 2내지 24시간 사이로 열처리할 수 있다. 상술한 조건 하에, 용매숙성 또는 열 처리를 진행함에 따라, 고분자 박막 상에 보다 규칙적인 소프트세그먼트의 나노 구조 또는 나노 패턴을 형성할 수 있다. On the other hand, after applying the solution of the diblock copolymer, the step of solvent aging or heat treatment of the thin film is carried out. In this case, in the solvent aging method, the same organic solvent as that used for the dissolution of the diblock copolymer may be used, but it is preferable to use two or more mixed solvents each selected from a nonpolar solvent and a polar solvent. In addition, the solvent aging may proceed for about 4 to 96 hours at room temperature. In the heat treatment method, the heat treatment is performed for about 2 to 24 hours at the melting point (T m ) of the repeating unit of Formula 1 forming the hard segment and the glass transition temperature (T g ) of the repeating unit of the Formula 2 forming the soft segment. can do. Under the above-described conditions, as the solvent aging or heat treatment proceeds, a more regular soft segment nanostructure or nanopattern may be formed on the polymer thin film.

또한, 상기 용매숙성 또는 열 처리 조건 등을 조절함에 따라, 상기 실린더 형태 등을 갖는 나노 패턴의 배열 형태를 라멜라 모양, 사각 모양 또는 육각 모양 등의 다양한 모양으로 조절할 수 있다. 또, 이러한 나노 패턴을 원하는 모양으로 균일하게 배열시키기 위해 디블록공중합체의 분자량이나 각 세그먼트의 화학적 구조 또는 조성비 역시 적절히 조절할 수 있다. In addition, by adjusting the solvent aging or heat treatment conditions, the arrangement of the nano-pattern having the cylindrical form or the like can be adjusted to various shapes such as lamellar, square or hexagonal. In addition, in order to uniformly arrange the nanopattern in a desired shape, the molecular weight of the diblock copolymer or the chemical structure or composition ratio of each segment may also be appropriately adjusted.

한편, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상술한 고분자 박막을 이용한 나노 패턴 형성 방법이 제공된다. 이러한 나노 패턴 형성 방법은 패턴 대상막이 형성된 기재 상에, 상술한 방법으로 고분자 박막을 형성하는 단계; 고분자 박막으로부터 실린더 형태 또는 구 형태로 배열된 어느 하나의 세그먼트를 선택적으로 제거하는 단계; 및 어느 하나의 세그먼트가 제거된 고분자 박막을 마스크로, 패턴 대상막을 반응성 이온 식각하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 나노 패턴 형성 방법의 일 실시예는, 패턴 대상막이 형성된 기재 상에, 상술한 방법으로 고분자 박막을 형성하는 단계; 고분자 박막에 자외선을 조사하여 소프트세그먼트를 제거하는 단계; 및 상기 소프트세그먼트가 제거된 고분자 박막을 마스크로, 패턴 대상막을 반응성 이온 식각하는 단계를 포함할 수 있다. On the other hand, according to another embodiment of the invention, there is provided a nano-pattern forming method using the above-described polymer thin film. The nano-pattern forming method may include forming a polymer thin film on the substrate on which the pattern target film is formed by the above-described method; Selectively removing any one segment arranged in the form of a cylinder or a sphere from the polymer thin film; And reactive ion etching the pattern target layer using the polymer thin film having any one segment removed thereon as a mask. One embodiment of such a nano-pattern forming method may include forming a polymer thin film on the substrate on which the pattern target film is formed by the above-described method; Irradiating ultraviolet light to the polymer thin film to remove the soft segment; And reactive ion etching the pattern target layer using the polymer thin film from which the soft segment has been removed as a mask.

이러한 방법을 통해, 별도의 포토마스크와 같은 금속 주형 보조물 등을 사용하지 않고도, 상기 고분자 박막에 형성된 나노 패턴에 따라 기재 상의 패턴 대상막을 용이하게 미세 패터닝할 수 있다. Through this method, it is possible to easily fine-pattern the pattern target film on the substrate according to the nano-pattern formed on the polymer thin film without using a metal mold aid such as a separate photomask.

이러한 나노 패턴 형성 방법에서는, 먼저, 상기 고분자 박막에 자외선을 조사하여 실린더 형태 또는 구 형태로 배열된 어느 하나의 세그먼트, 예를 들어, 소프트세그먼트를 분해할 수 있고, 이어서 용매 처리 또는 산 처리 등을 통해 상기 분해된 세그먼트를 제거할 수 있다. 이러한 자외선 조사는, 예를 들어, 254 nm 파장의 자외선을 면적(cm2) 당 약 5내지 50 주울(Joule)로 조사하는 방법으로 진행할 수 있고, 초산 또는 트리플루오로초산 (trifluoroacetic acid) 등의 산을 처리하여 상기 자외선 분해된 세그먼트를 제거할 수 있다. In the nano-pattern forming method, first, the polymer thin film may be irradiated with ultraviolet rays to decompose any one segment, for example, a soft segment, arranged in the form of a cylinder or a sphere, and then solvent treatment or acid treatment may be performed. The disassembled segment can be removed via Such as this ultraviolet ray irradiation, for example, acetic acid (trifluoroacetic acid) with ultraviolet rays of 254 nm wavelength in an area (cm 2) may proceed in a manner that irradiation by about 5 to 50 joules (Joule) sugars, acetic acid or trifluoroacetic The acid can be treated to remove the UV decomposed segment.

이렇게 어느 하나의 세그먼트를 제거하면, 고분자 박막에 나머지 세그먼트, 예를 들어, 하드세그먼트만이 잔류하므로, 실린더 형태 등으로 세그먼트의 나노 패턴이 형성되었던 부분에서 기재 상의 패턴 대상막이 노출될 수 있다. 따라서, 이러한 고분자 박막을 마스크로, 패턴 대상막을 반응성 이온 식각하게 되면, 상기 노출부에서만 패턴 대상막이 선택적으로 식각 및 제거되어 원하는 패턴 형태로 패턴 대상막이 패터닝될 수 있다. When any one of the segments is removed, only the remaining segments, for example, hard segments, remain in the polymer thin film, so that the pattern target layer on the substrate may be exposed in a portion where the nano pattern of the segment is formed in a cylinder shape or the like. Thus, when the polymer thin film is used as a mask and the reactive ion etching of the pattern target layer is performed, the pattern target layer may be selectively etched and removed only in the exposed portion, thereby patterning the pattern target layer in a desired pattern form.

이러한 반응성 이온 식각 단계는, 예를 들어, CF4/Ar기체 이온의 일반적인 조건(40/20 SCCM, 80 Watt, 1-10분)에서 식각하는 방법으로 진행할 수 있고, 이때의 패턴 대상막은 실리콘을 포함하는 박막으로 될 수 있다. This reactive ion etching step may be performed by etching under general conditions (for example, 40/20 SCCM, 80 Watt, 1-10 minutes) of CF 4 / Ar gas ions, wherein the patterned film is formed of silicon. It may be a thin film containing.

한편, 상기 반응성 이온 식각 단계 후에, 산소 플라스마로 처리해 상기 고분자 박막을 제거하는 단계를 더 진행하여, 상기 패터닝된 패턴 대상막 위에 잔류하는 고분자 박막(예를 들어, 하드세그먼트)을 제거할 수도 있다. 이러한 산소 플라스마는 통상적인 조건, 예를 들어, 약 40 sccm; 약 50W; 약 1-10분의 조건으로 처리할 수 있고, 그 결과 상기 실리콘 등을 포함하는 패턴 대상막에 라멜라, 사각 또는 육각 모양으로 배열된 실린더형 나노 패턴 등이 전사되어 원하는 나노 구조체를 형성할 수 있다. Meanwhile, after the reactive ion etching step, the step of removing the polymer thin film by treatment with oxygen plasma may be further performed to remove the polymer thin film (eg, hard segment) remaining on the patterned pattern target layer. Such oxygen plasma can be prepared under conventional conditions, eg, about 40 sccm; About 50 W; Treatment may be performed under a condition of about 1-10 minutes. As a result, cylindrical nano-patterns arranged in a lamellar, square or hexagonal shape may be transferred to a pattern target film including silicon or the like to form a desired nanostructure. .

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 아크릴아미드계 하드세그먼트 및 (메타)아크릴레이트계 소프트세그먼트를 포함하는 신규한 디블록공중합체, 이를 포함하는 고분자 박막 및 이들의 제조 방법이 제공된다. 이러한 디블록공중합체 및 고분자 박막은 어느 하나의 세그먼트 상에 나머지 세그먼트가 실린더 형태 등으로 규칙적으로 배열된 나노 구조 또는 나노 패턴을 용이하게 형성할 수 있게 한다. As described above, the present invention provides a novel diblock copolymer comprising an acrylamide-based hard segment and a (meth) acrylate-based soft segment, a polymer thin film including the same, and a method of manufacturing the same. Such a diblock copolymer and a polymer thin film can easily form a nanostructure or nanopattern on which one segment is regularly arranged in the form of a cylinder or the like.

특히, 상기 고분자 박막의 형성 조건(예를 들어, 용매숙성 조건 또는 열 처리 조건 등)을 조절하여 고분자 모폴로지를 제어하는 것만으로도, 상기 실린더 형태 등의 나노 패턴이 라멜라 모양, 사각 모양 또는 육각 모양 등의 원하는 다양한 모양으로 배열된 나노 구조를 형성할 수 있고, 특히, 이전에는 형성이 힘들었던 사각 모양으로 배열된 실린더 형태의 나노 패턴을 용이하게 형성할 수 있다. In particular, only by controlling the polymer morphology by adjusting the formation conditions (eg, solvent maturation conditions or heat treatment conditions) of the polymer thin film, the nano-pattern such as the cylindrical shape is lamellar, square or hexagonal It is possible to form nanostructures arranged in a variety of desired shapes, such as, in particular, it is possible to easily form a cylindrical nano-pattern arranged in a square shape that was difficult to form before.

따라서, 이러한 고분자 박막에서 소프트세그먼트를 자외선 등으로 선택적으로 제거하고, 상기 고분자 박막을 마스크로 이용하여 하부의 패턴 대상막 등을 반응성 이온 식각하는 방법으로, 상기 패턴 대상막을 원하는 형태로 매우 쉽게 패터닝할 수 있다. Accordingly, the soft segment is selectively removed from the polymer thin film by ultraviolet rays, and the pattern thin film is reactively etched using the polymer thin film as a mask. Can be.

그러므로, 상기 고분자 박막 등을 이용해 이전의 포토리소그래피에서 형성할 수 있었던 것보다 매우 미세한 패턴을 용이하게 형성할 수 있고, 특히, 다른 블록 공중합체 등을 사용해도 형성이 어려웠던 사각 모양 배열 패턴을 비교적 쉽게 형성할 수 있다. 결국, 이러한 디블록공중합체 및 고분자 박막 등을 차세대 반도체 소자를 포함한 각종 전자 소자의 미세 패턴 형성 공정이나, 나노 바이오 센서의 제조 등에 적절히 적용할 수 있음이 확인되었다. Therefore, by using the polymer thin film or the like, a very fine pattern can be easily formed than that formed in the previous photolithography, and in particular, a square-shaped array pattern, which is difficult to form even with other block copolymers or the like, is relatively easy to form. Can be formed. As a result, it has been confirmed that such a diblock copolymer, a polymer thin film, and the like can be suitably applied to a fine pattern forming process of various electronic devices including next-generation semiconductor devices, manufacturing of nano biosensors, and the like.

도 1a는 실시예 12에서 형성한 고분자 박막 상의 나노구조를 절단하여 표면과 단면을 SEM으로 측정한 사진이다.
도 1b는 실시예 12에서 형성한 고분자 박막 상의 나노구조의 단면만을 확대하여 SEM으로 측정한 사진이다.
도 2a는 실시예 13에서 형성한 고분자 박막 표면의 나노구조를 AFM으로 측정한 사진이다.
도 2b는 실시예 13에서 형성한 고분자 박막 상의 나노구조를 절단하여 표면과 단면을 SEM으로 측정한 사진이다.
도 3a는 실시예 14에서 형성한 고분자 박막 표면의 나노구조를 AFM 으로 측정한 사진이다.
도 3b는 실시예 14에서 형성한 고분자 박막 상의 나노구조 표면을 SEM으로 측정한 사진이다.
도 4a는 실시예 15에서 형성한 고분자 박막 표면의 나노구조를 AFM 으로 측정한 사진이다.
도 4b는 실시예 15에서 고분자 박막에 자외선을 조사한 후에, 나노구조체의 표면을 SEM으로 측정한 사진이다.
도 4c는 실시예 15에서 RIE 에칭 및 산소플라스마 처리 이후에, 나노구조체의 표면을 SEM으로 측정한 사진이다.
도 5a는 실시예 16에서 형성한 고분자 박막 표면의 나노구조를 AFM 으로 측정한 사진이다.
도 5b는 실시예 16에서 고분자 박막에 자외선을 조사한 후에, 나노구조체의 표면을 AFM으로 측정한 사진이다.
도 5c는 실시예 16에서 RIE 에칭 및 산소플라스마 처리 이후에, 나노구조체의 표면을 SEM으로 측정한 사진이다.
도 6a는 실시예 17에서 형성한 고분자 박막 표면의 나노구조를 AFM 으로 측정한 사진이다.
도 6b는 실시예 17에서 고분자 박막에 자외선을 조사한 후에, 나노구조체의 표면을 SEM으로 측정한 사진이다.
도 7a는 실시예 18에서 형성한 고분자 박막 표면의 나노구조를 AFM 으로 측정한 사진이다.
도 7b는 실시예 18에서 고분자 박막에 자외선을 조사한 후에, 나노구조체의 표면을 SEM으로 측정한 사진이다.
FIG. 1A is a SEM photograph of the surface and the cross section of the nanostructure on the polymer thin film formed in Example 12. FIG.
FIG. 1B is an enlarged photograph of a nanostructure on a polymer thin film formed in Example 12 and measured by SEM. FIG.
Figure 2a is a photograph of the nanostructure of the surface of the polymer thin film formed in Example 13 measured by AFM.
2b is a SEM photograph of the surface and the cross-section of the nanostructure on the polymer thin film formed in Example 13;
Figure 3a is a photograph of the nanostructure of the surface of the polymer thin film formed in Example 14 measured by AFM.
3b is a SEM photograph of the surface of the nanostructure on the polymer thin film formed in Example 14. FIG.
4A is a photograph taken by AFM of a nanostructure of the surface of the polymer thin film formed in Example 15.
Figure 4b is a photograph of the surface of the nanostructures by SEM after irradiating ultraviolet light to the polymer thin film in Example 15.
4C is a photograph taken by SEM of the surface of the nanostructure after RIE etching and oxygen plasma treatment in Example 15.
5A is a photograph taken by AFM of a nanostructure of the surface of the polymer thin film formed in Example 16.
FIG. 5B is a photograph of the surface of the nanostructure measured by AFM after ultraviolet irradiation to the polymer thin film in Example 16. FIG.
5C is a photograph taken by SEM of the surface of the nanostructure after RIE etching and oxygen plasma treatment in Example 16.
6A is a photograph taken by AFM of the nanostructure of the surface of the polymer thin film formed in Example 17.
FIG. 6B is a photograph taken by SEM after irradiating UV light to a polymer thin film in Example 17. FIG.
7A is a photograph taken by AFM of a nanostructure of the surface of a polymer thin film formed in Example 18. FIG.
FIG. 7B is a photograph taken by SEM after irradiating UV light to a polymer thin film in Example 18. FIG.

이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.
Hereinafter, the operation and effects of the invention will be described in more detail with reference to specific examples of the invention. It is to be understood, however, that these embodiments are merely illustrative of the invention and are not intended to limit the scope of the invention.

실시예 1 및 2: 아크릴아미드계 단량체의 합성 및 결정성 확인Examples 1 and 2: Synthesis and Crystallization of Acrylamide-Based Monomers

[실시예 1]: Example 1 파라도데실페닐아크릴아미드(DOPAM)의 합성 및 단결정의 제조Synthesis of Paradodecylphenylacrylamide (DOPAM) and Preparation of Single Crystal

먼저, 파라도데실아닐린(12 g, 0.046 mol)을 용매인 THF 100 mL에 녹인 다음 100 mL 3-구 둥근 플라스크에 넣고 이미다졸(imidazole)과 트리에틸아민(triethyl amine)이 동일한 몰비(0.023 mol)로 혼합된 산 제거제를 깔대기를 통해 10 분 동안 떨어뜨린 다음, 질소 분위기 하에서 이 혼합용액에 THF 20 mL에 아크릴로일 클로라이드(acryloyl chloride) (3.8 mL, 0.047 mol) 녹인 용액을 적하깔대기를 통하여 20분간 천천히 떨어뜨렸다. 이 때, 반응혼합물의 온도가 5 ℃ 이상으로 올라가지 않도록 얼음으로 냉각하였다. 그 후 0 ℃에서 6시간 동안 반응시킨 다음, 다시 25 ℃에서 9시간 동안 반응시켰다. 반응이 종결된 후 용액을 여과지로 여과하여 염 침전물을 제거한 다음 증발기를 사용하여 용매를 제거하였다. 얻어진 고체를 디클로로메탄(dichloromethane) 100 mL에 녹이고, 10% NaHCO3 50 mL 수용액과 함께 분별깔때기에 넣고 강하게 흔들어준 다음, 수용액 층을 분리하여 미반응의 아크릴로일 클로라이드를 제거하였다. 분리된 디클로로메탄 용액에 마그네슘설페이트(magnesium sulfate 1.0 g)를 넣고 5시간 동안 교반시키고 여과하여 용매에 용해된 미량의 물을 제거하였다. 이를 통해 얻은 디클로로메탄 용액을 증발시킨 다음, n-헥산 100 mL을 넣고 2시간 교반시키고 여과시켜 용액에 남아있는 미반응의 파라도데실아닐린을 제거하였다. 증발기를 사용하여 남은 용액으로부터 용매를 제거하여 흰색 고체의 DOPAM를 제조하였다(수율 95 %; 융점: 101℃). 합성한 DOPAM의 화학적 구조는 수소핵자기공명(1H-NMR) 스펙트럼으로 확인하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
First, paradodecylaniline (12 g, 0.046 mol) is dissolved in 100 mL of THF as a solvent, and then put into a 100 mL 3-necked round flask, and the same molar ratio of imidazole and triethyl amine (0.023 mol) is obtained. Drop the mixed acid remover through a funnel for 10 minutes, and then add a solution of acrylloyl chloride (3.8 mL, 0.047 mol) in 20 mL of THF to this mixed solution under a nitrogen atmosphere. Dropped slowly for 20 minutes. At this time, the reaction mixture was cooled with ice so that the temperature of the reaction mixture did not rise above 5 ° C. Thereafter, the reaction was carried out at 0 ° C. for 6 hours, and then at 25 ° C. for 9 hours. After the reaction was terminated, the solution was filtered through a filter paper to remove salt precipitate, and then the solvent was removed using an evaporator. The obtained solid was dissolved in 100 mL of dichloromethane, poured into a separatory funnel with a 50 mL aqueous solution of 10% NaHCO 3 , shaken vigorously, and the aqueous layer was separated to remove unreacted acryloyl chloride. Magnesium sulfate (1.0 g) was added to the separated dichloromethane solution, stirred for 5 hours, and filtered to remove the trace amount of water dissolved in the solvent. The dichloromethane solution thus obtained was evaporated. Then, 100 mL of n-hexane was added, stirred for 2 hours, and filtered to remove unreacted paradodecylaniline remaining in the solution. The solvent was removed from the remaining solution using an evaporator to give a white solid DOPAM (yield 95%; melting point: 101 ° C.). The chemical structure of the synthesized DOPAM was confirmed by the hydrogen nuclear magnetic resonance ( 1 H-NMR) spectrum, the results are as follows.

Figure pat00027
Figure pat00027

1H-NMR(CDCl3): e, δ7.5(d, 2H); d, δ7.2(s, 1H); f, δ7.15(d, 2H); b, δ6.4(d, 1H); c, δ6.2(q, 1H); b, δ5.8(d,1H); g, δ2.6(t, 2H); h, δ1.25-1.35(m, 20H); i, δ0.935(t, 3H).
1 H-NMR (CDCl 3 ): e, δ 7.5 (d, 2H); d, δ 7.2 (s, 1H); f, δ 7.15 (d, 2H); b, δ 6.4 (d, 1 H); c, δ 6.2 (q, 1H); b, δ 5.8 (d, 1 H); g, δ 2.6 (t, 2H); h, δ 1.25-1.35 (m, 20H); i, δ 0.935 (t, 3H).

또한, 합성된 DOPAM (Tm = 101 ℃)을 에탄올로 다시 3번 재결정시켜 정제하였다. 정제된 순수한 DOPAM을 THF 용매에 넣은 후, 비극성 용매를 몇 방울 첨가하고 -10 ℃ 이하로 일정시간 동안 유지하면서 단량체의 단결정을 성장시켰다. 이 때 단결정의 성장속도는 사용된 극성용매와 비극성 용매의 조성과 비율, 결정성장 시간 및 온도와, 첨가된 결정성장제의 화학적 구조 및 농도 등에 의존하는 것으로 확인되었다.In addition, the synthesized DOPAM (T m = 101 ° C) was purified by recrystallization three times again with ethanol. Purified pure DOPAM was added to THF solvent, and then a few drops of nonpolar solvent were added and the monocrystals of the monomers were grown while being kept at -10 ° C or lower for a period of time. At this time, it was confirmed that the growth rate of the single crystal depends on the composition and ratio of the polar solvent and the nonpolar solvent used, the crystal growth time and temperature, the chemical structure and the concentration of the added crystal growth agent, and the like.

XRD(X-ray diffractometry) 분석기법을 이용하여 위 실시예 1에서 얻어진 단결정의 결정구조를 조사하였으며, 아래 표 1과 같은 단결정의 결정학 자료를 도출하였다. 이러한 결정학 자료를 토대로, 상기 실시예 1의 단량체의 단결정은 단사정 결정구조를 나타냄이 확인되었다.
The crystal structure of the single crystal obtained in Example 1 was investigated using X-ray diffractometry (XRD) analysis, and the crystallographic data of the single crystal shown in Table 1 below were derived. Based on these crystallographic data, it was confirmed that the single crystal of the monomer of Example 1 exhibits a monoclinic crystal structure.

Figure pat00028
Figure pat00028

[[ 실시예Example 2]:  2]: 파라테트라데실페닐아크릴아미드Paratetradecylphenylacrylamide (( TEPAMTEPAM ) 및 파라헥사데실페닐아크릴아미드() And parahexadecylphenylacrylamide ( HEPAM)의HEPAM) 합성 및 단결정의 제조 Synthesis and Preparation of Single Crystals

또한, 실시예 1에 사용된 탄화수소의 탄소의 수가 12인 파라도데실아닐린 대신 탄소의 수가 14인 파라테트라데실아닐린 또는 탄소의 수가 16인 파라헥사데실아닐린을 사용한 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 TEPAM과 HEPAM을 합성하였으며, 그 수율은 각각 90% 및 93%이었다. 그리고, 실시예 1과 마찬가지 방법으로 TEPAM과 HEPAM의 단결정을 성장시켜 XRD 분석기법으로 단사정 결정구조를 나타냄을 확인하였다.
The same method as in Example 1 was used except that paratedecylaniline having 14 carbons or parahexadecylaniline having 16 carbons was used instead of paradodecylaniline having 12 carbons of hydrocarbons used in Example 1. TEPAM and HEPAM were synthesized, and the yields were 90% and 93%, respectively. In addition, it was confirmed that the single crystals of TEPAM and HEPAM were grown in the same manner as in Example 1 to show the monoclinic crystal structure by XRD analysis.

실시예 3 내지 11: 디블록공중합체의 제조Examples 3 to 11: Preparation of Diblock Copolymers

[실시예 3]:Example 3 거대개시제(Macro-PMMA)-1의 제조Preparation of Macroinitiator (Macro-PMMA) -1

단량체 MMA 6.0 g과 RAFT 시약인 시아노이소프로필디티오벤조에이트 66.3 mg, 라디칼 개시제인 AIBN 24.6 mg, 벤젠 6.82 mL를 20 mL 유리 앰플에 넣고, 동결-해동(freeze-thawing) 방법으로 용액 내에 존재하는 산소를 제거한 후, 앰플을 밀봉하고 60 ℃의 오일 용기에서 24시간 동안 RAFT 중합반응을 수행하였다. 중합 후 반응용액을 추출용매인 메탄올 200 mL에 침천시킨 후, 감압 여과하고 건조시켜, RAFT 시약이 MMA의 중합체(PMMA) 양 말단에 결합된 분홍색의 거대개시제(Macro-PMMA)-1을 제조하였다. 중합전환율, 수평균분자량(Mn), 분자량분포(Mw/Mn) 및 유리전이온도(Tg)는 각각 90%, 18400, 1.11 및 117oC 이었다.
6.0 g of monomer MMA, 66.3 mg of cyanoisopropyldithiobenzoate, RAFT reagent, 24.6 mg of radical initiator AIBN, 6.82 mL of benzene were placed in a 20 mL glass ampoule and present in solution by freeze-thawing method. After the oxygen was removed, the ampoule was sealed and subjected to RAFT polymerization for 24 hours in an oil container at 60 ° C. After polymerization, the reaction solution was immersed in 200 mL of methanol as an extraction solvent, filtered under reduced pressure, and dried to prepare a pink macroinitiator (Macro-PMMA) -1 having a RAFT reagent bonded to both ends of the polymer (PMMA) of MMA. . The polymerization conversion, number average molecular weight (M n ), molecular weight distribution (M w / M n ) and glass transition temperature (T g ) were 90%, 18400, 1.11 and 117 ° C., respectively.

[실시예 4]:Example 4 새로운 디블록공중합체-1의 제조Preparation of New Diblock Copolymer-1

실시예 1에서 합성한 아크릴아미드계 단량체 DOPAM 0.781 g, 실시예 2에서 제조한 거대개시제-1 0.450 g, BPO 4.0 mg, 벤젠 4.05 mL를 10 mL Schlenk 플라스크에 넣고 질소분위기 하에서 상온에서30분 동안 교반한 후 80 ℃의 실린콘 오일 용기에서 72시간 동안 RAFT 중합반응을 수행하였다. 중합용액을 메탄올 200 mL에 침천시킨 다음 건조시켜 연한 노랑색의 새로운 디블록공중합체-1을 제조하였다. 중합전환율, 수평균분자량, 분자량분포, Tg 및 용융온도(Tm)는 각각 40%, 30900, 1.23, 119 oC, 233 oC 이었다.
0.781 g of acrylamide monomer DOPAM synthesized in Example 1, 0.450 g of Macroinitiator-1 prepared in Example 2, 4.0 mg of BPO, and 4.05 mL of benzene were added to a 10 mL Schlenk flask and stirred at room temperature under a nitrogen atmosphere for 30 minutes. After the RAFT polymerization was performed for 72 hours in a silicon oil container at 80 ℃. The polymerization solution was immersed in 200 mL of methanol and then dried to prepare a new light yellow diblock copolymer-1. Polymerization conversion, number average molecular weight, molecular weight distribution, T g and melting temperature (T m ) were 40%, 30900, 1.23, 119 o C and 233 o C, respectively.

[실시예 5]:Example 5 새로운 디블록공중합체-2의 제조Preparation of New Diblock Copolymer-2

DOPAM 0.621 g, 거대개시제-1 0.3 g, AIBN 1.82 mg, 벤젠 3.22 mL를 사용하고 70 ℃의 중합온도에서 72시간 동안 RAFT중합반응을 수행한 것 이외에는 전술한 실시예 4와 동일한 방법으로 진행하여 연한 노랑색의 새로운 디블록공중합체-2을 제조하였다. 중합전환율, 수평균분자량, 분자량분포, Tg 및 Tm는 각각 58%, 40400, 1.25, 119 oC, 236 oC 이었다.
The process was carried out in the same manner as in Example 4 except that 0.621 g of DOPAM, 0.3 g of Macroinitiator-1, 1.82 mg of AIBN, and 3.22 mL of benzene were used to perform a RAFT polymerization reaction at a polymerization temperature of 70 ° C. for 72 hours. New yellow diblock copolymer-2 was prepared. Polymerization conversion, number average molecular weight, molecular weight distribution, T g and T m were 58%, 40400, 1.25, 119 o C and 236 o C, respectively.

[실시예 6]:Example 6 새로운 디블록공중합체-3의 제조Preparation of New Diblock Copolymer-3

DOPAM 0.841 g, AIBN 1.84 mg, 벤젠 4.36 mL을 사용한 것 이외에는 전술한 실시예 5와 동일한 방법으로 진행하여 연한 노랑색의 새로운 디블록공중합체-3을 제조하였다. 중합전환율, 수평균분자량, 분자량분포, Tg 및 Tm는 각각 57%, 46700, 1.25, 119 oC, 235 oC 이었다.
A light yellow novel diblock copolymer-3 was prepared in the same manner as in Example 5, except that 0.841 g of DOPAM, 1.84 mg of AIBN, and 4.36 mL of benzene were used. Polymerization conversion, number average molecular weight, molecular weight distribution, T g and T m were 57%, 46700, 1.25, 119 o C and 235 o C, respectively.

[실시예 7]:Example 7 거대개시제(Macro-PMMA)-2의 제조Preparation of Macro-PMMA-2

중합시간을 30시간 수행한 것 이외에는 실시예 3과 동일한 방법으로 수행하여 분홍색의 거대개시제-2를 제조하였다. 중합전환율, 수평균분자량, 분자량분포 및 Tg는 각각 95%, 19400, 1.11, 119 oC 이었다.
A pink macroinitiator-2 was prepared in the same manner as in Example 3, except that the polymerization time was performed for 30 hours. The polymerization conversion, number average molecular weight, molecular weight distribution and T g were 95%, 19400, 1.11, and 119 ° C., respectively.

[실시예 8]:Example 8 새로운 디블록공중합체-4의 제조Preparation of New Diblock Copolymer-4

실시예 1에서 합성한 아크릴아미드계 단량체 DOPAM 0.732 g, 실시예 7에서 제조한 거대개시제-2 0.45 g, AIBN 2.54 mg, 벤젠 3.79 mL를 사용한 것 이외에는 전술한 실시예 5와 동일한 방법으로 진행하여 연한 노랑색의 새로운 디블록공중합체-4을 제조하였다. 중합전환율, 수평균분자량, 분자량분포, Tg 및 Tm는 각각 66%, 40400, 1.25, 119 oC, 234 oC 이었다.
The process was carried out in the same manner as in Example 5, except that 0.732 g of acrylamide-based monomer DOPAM synthesized in Example 1, 0.45 g of Macroinitiator-2 prepared in Example 7, 2.54 mg of AIBN, and 3.79 mL of benzene were used. New yellow diblock copolymer-4 was prepared. Polymerization conversion, number average molecular weight, molecular weight distribution, T g and T m were 66%, 40400, 1.25, 119 o C and 234 o C, respectively.

[실시예 9]:Example 9 새로운 디블록공중합체-5의 제조Preparation of New Diblock Copolymer-5

단량체 DOPAM 0.976 g, 거개시제-2 0.3 g과 AIBN 1.70 mg, 벤젠 5.51 mL 를 사용한 것 이외에는 전술한 실시예 5와 동일한 방법으로 진행하여 연한 노랑색의 새로운 디블록공중합체-5을 제조하였다. 중합전환율, 수평균분자량, 분자량분포, Tg 및 Tm는 각각 56%, 54900, 1.30, 119 oC, 236 oC 이었다.
A new pale yellow diblock copolymer-5 was prepared in the same manner as in Example 5, except that 0.976 g of monomer DOPAM, 0.3 g of initiator II, 1.70 mg of AIBN, and 5.51 mL of benzene were used. Polymerization conversion, number average molecular weight, molecular weight distribution, T g and T m were 56%, 54900, 1.30, 119 o C and 236 o C, respectively.

[실시예 10]:Example 10 새로운 디블록공중합체-6의 제조Preparation of New Diblock Copolymer-6

DOPAM 1.220 g, 벤젠 6.32 mL를 사용한 것 이외에는 전술한 실시예 9와 동일한 방법으로 진행하여 연한 노랑색의 새로운 디블록공중합체-6을 제조하였다. 중합전환율, 수평균분자량, 분자량분포, Tg 및 Tm는 각각 65%, 70800, 1.30, 119 oC, 236 oC 이었다.
A light yellow novel diblock copolymer-6 was prepared in the same manner as in Example 9, except that 1.220 g of DOPAM and 6.32 mL of benzene were used. Polymerization conversion, number average molecular weight, molecular weight distribution, T g and T m were 65%, 70800, 1.30, 119 o C and 236 o C, respectively.

[실시예 11]:Example 11 새로운 디블록공중합체-7의 제조Preparation of New Diblock Copolymer-7

TEPAM 1.216 g, 벤젠 6.32 mL를 사용한 것 이외에는 전술한 실시예 9와 동일한 방법으로 진행하여 연한 노랑색의 새로운 디블록공중합체-7을 제조하였다. 중합전환율, 수평균분자량, 분자량분포, Tg 및 Tm는 각각 57%, 60700, 1.31, 119 oC, 230 oC 이었다.
A light yellow novel diblock copolymer-7 was prepared in the same manner as in Example 9, except that 1.216 g of TEPAM and 6.32 mL of benzene were used. Polymerization conversion, number average molecular weight, molecular weight distribution, T g and T m were 57%, 60700, 1.31, 119 o C and 230 o C, respectively.

상기 실시예 3 내지 11에서 RAFT 중합반응에 의해 제조된 거대개시제 및 새로운 디블록공중합체들에 대한 중합 조건, 전환율, 분자량, Tg, Tm 등을 정리하여 하기 표 2에 나타내었다:
The polymerization conditions, conversion rate, molecular weight, Tg, Tm, etc. for the macroinitiators and the new diblock copolymers prepared by RAFT polymerization in Examples 3 to 11 are summarized in Table 2 below:

실시예 3 내지 11의 거대개시제 및 디블록공중합체의 중합 조건 및 물성Polymerization Conditions and Physical Properties of Macroinitiators and Diblock Copolymers of Examples 3 to 11

구분


division
중합조건Polymerization condition 중합결과Polymerization Result
중합
온도 (oC)
polymerization
Temperature ( oC )
중합
시간
(h)
polymerization
time
(h)
중합
전환율
(%)
polymerization
Conversion rate
(%)
조성비 (몰 %)1) Composition ratio (mol%) 1) 분자량2)
(Mn)
Molecular weight 2)
(M n )
분자량
분포
Molecular Weight
Distribution
Tg
(oC)
T g
( o C)
Tm
(oC)
T m
( o C)
소프트세그먼트
(PMMA)
Soft segment
(PMMA)
하드세그먼트
(PDPAA)
Hard segment
(PDPAA)
실시예 3
(거대 개시제)
Example 3
(Giant initiator)
6060 2424 9090 100100 00 1830018300 1.111.11 117117 --
실시예 4Example 4 8080 7272 4040 5959 4141 3090030900 1.231.23 119119 234234 실시예 5Example 5 7070 7272 5858 4545 5555 4040040400 1.251.25 119119 236236 실시예 6Example 6 7070 7272 5757 3939 6161 4670046700 1.251.25 118118 235235 실시예 7
(거대 개시제)
Example 7
(Giant initiator)
6060 2424 9595 100100 00 1940019400 1.111.11 119119 --
실시예 8Example 8 7070 7272 6666 4848 5252 4040040400 1.251.25 119119 234234 실시예 9Example 9 7070 7272 5656 3535 6565 5490054900 1.301.30 119119 236236 실시예 10Example 10 7070 7272 6565 2727 7373 7080070800 1.301.30 119119 236236 실시예11Example 11 7070 7272 5757 3232 6868 6070060700 1.311.31 119119 230230

1) 디블록공중합체 내에 소프트세그먼트와 하드세그먼트의 조성비는 GPC로부터 확인하였음. 1) The composition ratio of soft segment and hard segment in diblock copolymer was confirmed from GPC.

2) 25oC THF 용액을 사용하여 GPC에 의해 측정하였음.
2) Measured by GPC using 25 ° C. THF solution.

실시예 12 내지 18: 고분자 박막의 제조 및 나노 패턴 형태의 확인Examples 12 to 18: Preparation of Polymer Thin Films and Identification of Nanopattern Forms

[실시예 12]:Example 12 용매숙성법에 의한 고분자 박막-1의 제조 및 나노 패턴 형태의 확인Preparation of Polymer Thin Film-1 by Solvent Maturation and Identification of Nanopattern Forms

실시예 4에서 제조된 하드세그먼트의 함량이 41몰%인 디블록공중합체-1을 클로로포름 용매에 녹여 1.0wt% 용액으로 만든 다음, 스핀코터를 이용하여 실리콘 웨이퍼의 기판 위에 2000rpm의 속도로 60초 동안 코팅하여 고분자 박막을 형성하였다. 이러한 박막을 THF/사이클로헥산 8/2(v/v, 부피 비)의 혼합용매 증기의 분위기로 유지된 데시케이터 안에 넣고 48 시간 동안 숙성시켜 박막의 표면에 나노구조를 발현시켰다.Diblock copolymer-1 having 41 mol% of the hard segment prepared in Example 4 was dissolved in a chloroform solvent to prepare a 1.0 wt% solution, and then a spin coater was used on a silicon wafer substrate at a speed of 2000 rpm for 60 seconds. Coating to form a polymer thin film. The thin film was placed in a desiccator maintained in an atmosphere of a mixed solvent vapor of THF / cyclohexane 8/2 (v / v, volume ratio) and aged for 48 hours to express nanostructures on the surface of the thin film.

이렇게 발현된 나노구조는 AFM(atomic force microscopy)을 이용하여 확인하였다. 또한, 나노구조가 발현된 박막을 RuO4액체가 들어 있는 용기에 2분 내지 10분 동안 넣고 박막 위에 RuO4를 흡착시킨 다음, 주사전자현미경(scanning electron microscope: SEM)을 이용하여 발현된 나노구조를 측정하였다. 상기 SEM 사진을 도 1a 및 1b에 도시하였다. 도 1a는 나노구조를 절단하여 표면과 단면을 SEM으로 함께 측정한 사진으로서, 약 4 ㎛의 넓은 표면에 실린더 형태 나노 패턴이 라멜라 모양으로 잘 배열되어 있음이 확인된다. 또한, 도 1b는 도 1a에 보여지는 SEM의 단면만을 확대하여 측정한 사진으로서, 직경이 약 20 nm이고 간격이 약 40nm인 검은색의 실린더 형태 나노 패턴이 2차원의 사각 모양으로 규칙적으로 배열되어 있음이 확인된다.
Thus expressed nanostructure was confirmed using AFM (atomic force microscopy). In addition, the nanostructure-expressed thin film was placed in a container containing RuO 4 liquid for 2 to 10 minutes, and RuO 4 was adsorbed on the thin film, and then the nanostructure expressed using a scanning electron microscope (SEM). Was measured. The SEM photographs are shown in FIGS. 1A and 1B. Figure 1a is a photograph taken by cutting the nanostructure and the surface and the cross-section together SEM, it is confirmed that the cylindrical nano-pattern on the large surface of about 4 ㎛ is well arranged in a lamellar shape. In addition, FIG. 1B is an enlarged photograph of only the SEM cross-section of FIG. 1A, in which black cylindrical nanopatterns having a diameter of about 20 nm and an interval of about 40 nm are regularly arranged in a two-dimensional square shape. It is confirmed.

[실시예 13]:Example 13 용매숙성법에 의한 고분자 박막-2의 제조 및 나노 패턴 형태의 확인Preparation of Polymer Thin Film-2 by Solvent Maturation and Identification of Nanopattern Forms

실시예 5에서 제조된 하드세그먼트의 함량이 55몰%인 디블록공중합체-2를 사용한 것 이외에는 실시예 12와 동일한 방법으로 박막을 제조하고 박막의 표면에 나노구조를 발현시켰다. A thin film was prepared in the same manner as in Example 12 except that the diblock copolymer-2 having a hard segment content of 55 mol% was used in Example 5, and the nanostructure was expressed on the surface of the thin film.

이렇게 발현된 나노구조는 AFM(atomic force microscopy)을 이용하여 확인하였다. 또한, 나노구조가 발현된 박막을 RuO4액체가 들어 있는 용기에 2분 내지 10분 동안 넣고 박막 위에 RuO4를 흡착시킨 다음, 주사전자현미경(scanning electron microscope: SEM)을 이용하여 발현된 나노구조를 측정하였다. 상기 측정 결과를 도 2a 및 2b에 도시하였다. 도 2a는 박막 표면의 나노구조를 AFM으로 측정한 사진으로서, 나노 패턴이 라멜라 모양으로 잘 배열되어 있음이 확인된다. 또한, 도 2b는 나노구조를 절단하여 표면과 단면을 SEM으로 함께 측정한 사진으로서, 약 4 ㎛의 넓은 표면에 실린더 형태 나노 패턴이 라멜라 모양으로 잘 배열되어 있음이 확인된다.
Thus expressed nanostructure was confirmed using AFM (atomic force microscopy). In addition, the nanostructure-expressed thin film was placed in a container containing RuO 4 liquid for 2 to 10 minutes, and RuO 4 was adsorbed on the thin film, and then the nanostructure expressed using a scanning electron microscope (SEM). Was measured. The measurement results are shown in FIGS. 2A and 2B. Figure 2a is a photograph of the nanostructure of the thin film surface measured by AFM, it is confirmed that the nano-pattern is well arranged in a lamellar shape. In addition, Figure 2b is a photograph taken by cutting the nanostructure and the surface and the cross-section by SEM, it is confirmed that the cylindrical nano-pattern on the large surface of about 4 ㎛ well arranged in a lamellar shape.

[실시예 14]:Example 14 용매숙성법에 의한 고분자 박막-3의 제조 및 나노 패턴 형태의 확인Preparation of Polymer Thin Film-3 by Solvent Maturation and Identification of Nanopattern Forms

실시예 6에서 제조된 하드세그먼트의 함량이 61몰%인 디블록공중합체-3를 사용한 것 이외에는 실시예 12와 동일한 방법으로 박막을 제조하고 박막의 표면에 나노구조를 발현시켰다. A thin film was prepared in the same manner as in Example 12 except that the diblock copolymer-3 having a hard segment content of 61 mol% was prepared in Example 6, and the nanostructure was expressed on the surface of the thin film.

이렇게 발현된 나노구조는 AFM(atomic force microscopy)을 이용하여 확인하였다. 또한, 나노구조가 발현된 박막을 RuO4액체가 들어 있는 용기에 2분 내지 10분 동안 넣고 박막 위에 RuO4를 흡착시킨 다음, 주사전자현미경(scanning electron microscope: SEM)을 이용하여 발현된 나노구조를 측정하였다. 상기 측정 결과를 도 3a 및 3b에 도시하였다. 도 3a는 박막 표면의 나노구조를 AFM으로 측정한 사진으로서, 실린더 형태 나노 패턴이 육각 모양으로 잘 배열되어 있음이 확인된다. 또한, 도 3b는 나노구조의 표면을 SEM으로 재측정한 사진으로서, 약 3 ㎛의 넓은 표면에 실린더 형태 나노 패턴이 육각 모양으로 잘 배열되어 있음이 확인된다.
Thus expressed nanostructure was confirmed using AFM (atomic force microscopy). In addition, the nanostructure-expressed thin film was placed in a container containing RuO 4 liquid for 2 to 10 minutes, and RuO 4 was adsorbed on the thin film, and then the nanostructure expressed using a scanning electron microscope (SEM). Was measured. The measurement results are shown in FIGS. 3A and 3B. Figure 3a is a photograph of the nanostructure of the thin film surface measured by AFM, it is confirmed that the cylindrical nano-pattern is well arranged in a hexagonal shape. 3B is a SEM photograph of the surface of the nanostructure, and it is confirmed that the cylindrical nanopatterns are well arranged in a hexagonal shape on a wide surface of about 3 μm.

[실시예 15]Example 15 용매숙성법에 의한 고분자 박막-4의 제조, 소프트세그먼트의 선택적 제거, 나노 패턴의 형성 및 확인Preparation of Polymer Thin Film-4 by Solvent Maturation Method, Selective Removal of Soft Segment, Formation and Identification of Nano Pattern

실시예 8에서 제조된 하드세그먼트의 함량이 52몰%인 디블록공중합체-4 를 클로로포름 용매에 녹여 1.0wt% 용액으로 만든 다음, 스핀코터를 이용하여 표면에 SiO2가 코팅된 실리콘 웨이퍼 기판에 3000rpm의 속도로 60초 동안 코팅하여 박막을 제조하였다. 제조된 디블록공중합체-4의 박막을 THF/사이클로헥산 8/2(v/v, 부피 비)의 혼합용매 증기의 분위기로 유지된 데시케이터 안에 넣고 24 시간 동안 숙성시켜 박막의 표면에 나노구조를 발현시켰다. Diblock copolymer-4 having a 52 mol% hard segment content in Example 8 was dissolved in a chloroform solvent to form a 1.0 wt% solution, and then, a spin coater was used on a silicon wafer substrate coated with SiO 2 on the surface. A thin film was prepared by coating for 60 seconds at a speed of 3000 rpm. The thin film of diblock copolymer-4 thus prepared was placed in a desiccator maintained in an atmosphere of a mixed solvent vapor of THF / cyclohexane 8/2 (v / v, volume ratio) and aged for 24 hours to be nano-adhered to the surface of the thin film. The structure was expressed.

나노구조가 형성된 박막을 RuO4 액체가 들어 있는 바이알(vial)에 넣고 2분 동안 RuO4를 흡착시킨 다음 254 nm의 파장을 갖는 자외선을 15분 동안 조사하고 99.5%의 초산용액 10 mL에 20분 동안 담근 후 꺼내어 물로 여러 번 세척하고 건조하여 디블록공중합체-4의 소프트세그먼트가 선택적으로 제거되고 나노구조가 새겨진 박막을 제조하였다. 이 박막을 마스크로 일반적인 조건(CF4/Ar=40/20 sccm; 80 W; 120 초)의 RIE로 에칭시킨 다음 최종적으로 산소 플라스마를(40 sccm; 50 W; 60 초) 조사하여 SiO2가 코팅된 실리콘 웨이퍼의 기판 위에 나노구조가 전사된 나노구조체를 제작하였다.The nanostructured thin film was placed in a vial containing RuO 4 liquid, adsorbed RuO 4 for 2 minutes, irradiated with UV light having a wavelength of 254 nm for 15 minutes, and 20 minutes in 10 mL of 99.5% acetic acid solution. After soaking, it was taken out, washed several times with water and dried to prepare a thin film engraved with nanostructures selectively remove the soft segment of diblock copolymer-4. The thin film was etched with a RIE under normal conditions (CF 4 / Ar = 40/20 sccm; 80 W; 120 seconds) using a mask, and finally an oxygen plasma (40 sccm; 50 W; 60 seconds) was irradiated to form SiO 2 . A nanostructure in which nanostructures were transferred on a substrate of a coated silicon wafer was fabricated.

이렇게 제조된 나노구조체는 AFM(atomic force microscopy)을 이용하여 확인하였다. 또한, 나노구조체를 RuO4액체가 들어 있는 용기에 2분 내지 10분 동안 넣고 박막 위에 RuO4를 흡착시킨 다음, 주사전자현미경(scanning electron microscope: SEM)을 이용하여 나노구조체를 측정하였다. 상기 측정 결과를 도 4a 내지 4c에 도시하였다. 도 4a는 고분자 박막 형성 직후에, 박막 표면의 나노구조를 AFM으로 측정한 사진으로서, 실린더 형태 나노 패턴이 라멜라 모양으로 잘 배열되어 있음이 확인된다. 또한, 도 4b는 자외선 조사 직후에 나노구조의 표면을 SEM으로 측정한 사진으로서, 약 3 ㎛의 넓은 표면에 실린더 형태 나노 패턴이 라멜라 모양으로 잘 배열되어 있고, 특히, 소프트세그먼트만이 선택적으로 제거된 형태로 나노 패턴이 형성되어 있음이 확인된다. 그리고, 도 4c는 RIE 에칭 및 산소플라스마 처리 이후에, 나노구조체의 표면을 SEM으로 측정한 사진으로서, 약 2 ㎛의 넓은 실리콘 기판 위에 약 20 nm 크기의 나노 패턴이 라멜라 모양으로 약 45nm의 간격을 두고 규칙적으로 배열되어 있음이 확인된다.
The nanostructures thus prepared were identified using AFM (atomic force microscopy). In addition, the nanostructures were placed in a container containing RuO 4 liquid for 2 to 10 minutes and RuO 4 was adsorbed onto the thin film, and the nanostructures were measured using a scanning electron microscope (SEM). The measurement results are shown in FIGS. 4A to 4C. 4A is a photograph of AFM measurement of the nanostructure of the surface of the thin film immediately after formation of the polymer thin film, confirming that the cylindrical nanopatterns are well arranged in a lamellar shape. In addition, Figure 4b is a SEM photograph of the surface of the nanostructure immediately after UV irradiation, the cylindrical nano-pattern is well arranged in a lamellar shape on a large surface of about 3 ㎛, in particular, only the soft segment is selectively removed It is confirmed that the nanopattern is formed in the form. 4C is a SEM photograph of the surface of the nanostructure after RIE etching and oxygen plasma treatment. The nanopattern having a size of about 20 nm is lamella-shaped at about 45 nm on a large silicon substrate of about 2 μm. It is confirmed that they are arranged regularly.

[실시예 16][Example 16] 용매숙성법에 의한 고분자 박막-5의 제조, 소프트세그먼트의 선택적 제거, 나노 패턴의 형성 및 확인Preparation of Polymer Thin Film-5 by Solvent Maturation, Selective Removal of Soft Segments, Formation and Identification of Nanopatterns

실시예 9에서 제조된 하드세그먼트의 함량이 65몰%인 디블록공중합체-5를 사용한 것 이외에는 실시예 12와 동일한 방법으로 박막을 제조하고 박막의 표면에 나노구조를 발현시켰다. 이 박막에 자외선을 20분 조사하고, 50 W의 RIE 를 30 초 동안 조사한 것 이외에 전술한 실시예 15와 동일한 에칭 방법을 수행하여 나노구조가 전사된 나노구조체를 제작하였다. A thin film was prepared in the same manner as in Example 12 except that the diblock copolymer-5 having a hard segment content of 65 mol% was prepared in Example 9, and the nanostructure was expressed on the surface of the thin film. The thin film was irradiated with ultraviolet rays for 20 minutes and irradiated with 50 W of RIE for 30 seconds to perform the same etching method as in Example 15, to fabricate a nanostructure to which the nanostructure was transferred.

이렇게 제조된 나노구조체는 AFM(atomic force microscopy)을 이용하여 확인하였다. 또한, 나노구조체를 RuO4액체가 들어 있는 용기에 2분 내지 10분 동안 넣고 박막 위에 RuO4를 흡착시킨 다음, 주사전자현미경(scanning electron microscope: SEM)을 이용하여 나노구조체를 측정하였다. 상기 측정 결과를 도 5a 내지 5c에 도시하였다. 도 5a는 고분자 박막 형성 직후에, 박막 표면의 나노구조를 AFM으로 측정한 사진으로서, 실린더 형태 나노 패턴이 2차원의 사각 모양으로 잘 배열되어 있음이 확인된다. 또한, 도 5b는 자외선 조사 직후에 나노구조의 표면을 AFM으로 측정한 사진으로서, 직경이 약 20nm이고, 간격이 약 45nm인 검은색의 실린더 형태 나노 패턴이 2차원 사각 모양으로 잘 배열되어 있고, 특히, 소프트세그먼트만이 선택적으로 제거된 형태로 나노 패턴이 형성되어 있음이 확인된다. 그리고, 도 5c는 RIE 에칭 및 산소플라스마 처리 이후에, 나노구조체의 표면을 SEM으로 측정한 사진으로서, 실리콘 기판에 수직하는 약 25 nm 직경의 실린더 형태 나노 패턴이 사각 모양으로 약 50nm의 간격을 두고 규칙적으로 배열되어 있음이 확인된다.
The nanostructures thus prepared were identified using AFM (atomic force microscopy). In addition, the nanostructures were placed in a container containing RuO 4 liquid for 2 to 10 minutes and RuO 4 was adsorbed onto the thin film, and the nanostructures were measured using a scanning electron microscope (SEM). The measurement results are shown in FIGS. 5A to 5C. 5A is a photograph of AFM measurement of the nanostructure of the surface of the thin film immediately after the formation of the polymer thin film, confirming that the cylindrical nanopatterns are well arranged in a two-dimensional square shape. In addition, Figure 5b is an AFM photograph of the surface of the nanostructure immediately after the ultraviolet irradiation, a black cylindrical nano-pattern having a diameter of about 20nm, spaced about 45nm is well arranged in a two-dimensional square shape, In particular, it is confirmed that the nanopattern is formed in a form in which only the soft segment is selectively removed. 5C is a SEM photograph of the surface of the nanostructure after RIE etching and oxygen plasma treatment, in which a cylindrical nanopattern having a diameter of about 25 nm perpendicular to the silicon substrate is spaced about 50 nm in a square shape. It is confirmed that they are arranged regularly.

[실시예 17]Example 17 용매숙성법에 의한 고분자 박막-6의 제조, 소프트세그먼트의 선택적 제거, 나노 패턴의 형성 및 확인 Preparation of Polymer Thin Film-6 by Solvent Maturation, Selective Removal of Soft Segments, Formation and Identification of Nanopatterns

실시예 10에서 제조된 하드세그먼트의 함량이 73몰%인 디블록공중합체-6를 사용한 것 이외에 실시예 15와 동일한 방법으로 박막을 제조하고, 나노구조를 발현시킨 다음, 실시예 15와 동일한 자외선 에칭 공정만을 수행하여 나노구조가 새겨진 박막을 제조하였다.A thin film was manufactured in the same manner as in Example 15, except that the diblock copolymer-6 having a content of the hard segment prepared in Example 10 was 73 mol%, and the nanostructure was expressed, followed by the same ultraviolet ray as in Example 15. Only the etching process was performed to prepare a thin film engraved nanostructures.

이렇게 제조된 나노구조체는 AFM(atomic force microscopy)을 이용하여 확인하였다. 또한, 나노구조체를 RuO4액체가 들어 있는 용기에 2분 내지 10분 동안 넣고 박막 위에 RuO4를 흡착시킨 다음, 주사전자현미경(scanning electron microscope: SEM)을 이용하여 나노구조체를 측정하였다. 상기 측정 결과를 도 6a 및 6b에 도시하였다. 도 6a는 고분자 박막 형성 직후에, 박막 표면의 나노구조를 AFM으로 측정한 사진으로서, 실린더 형태 나노 패턴이 육각 모양으로 잘 배열되어 있음이 확인된다. 또한, 도 6b는 자외선 조사 직후에 나노구조의 표면을 SEM 으로 측정한 사진으로서, 직경이 약 20nm이고, 간격이 약 40nm인 검은색의 실린더 형태 나노 패턴이 약 2㎛의 넓은 실리콘 기판의 넓은 표면에 수직하게 잘 배열되어 있고, 특히, 소프트세그먼트만이 선택적으로 제거된 형태로 나노 패턴이 형성되어 있음이 확인된다.
The nanostructures thus prepared were identified using AFM (atomic force microscopy). In addition, the nanostructures were placed in a container containing RuO 4 liquid for 2 to 10 minutes and RuO 4 was adsorbed onto the thin film, and the nanostructures were measured using a scanning electron microscope (SEM). The measurement results are shown in FIGS. 6A and 6B. 6A is a photograph of AFM measurement of the nanostructure of the surface of the thin film immediately after the formation of the polymer thin film, confirming that the cylindrical nanopatterns are well arranged in a hexagonal shape. 6B is a SEM photograph of the surface of the nanostructure immediately after UV irradiation. A large surface of a large silicon substrate having a black cylindrical nanopattern having a diameter of about 20 nm and a spacing of about 40 nm is about 2 μm. It is confirmed that the nano-pattern is formed in a well-arranged perpendicular to, in particular, only the soft segment is selectively removed.

[실시예 18][Example 18] 용매숙성법에 의한 고분자 박막-7의 제조, 소프트세그먼트의 선택적 제거, 나노 패턴의 형성 및 확인Preparation of Polymer Thin Film-7 by Solvent Maturation, Selective Removal of Soft Segments, Formation and Identification of Nanopatterns

실시예 11에서 제조된 하드세그먼트의 함량이 68몰%인 디블록공중합체-7를 사용한 것 이외에 실시예 16과 동일한 방법으로 박막을 제조하고, 나노구조를 발현시킨 다음, 실시예 16와 동일한 자외선 에칭 공정만을 수행하여 나노구조가 새겨진 박막을 제조하였다.A thin film was prepared in the same manner as in Example 16 except for using the diblock copolymer-7 having a content of 68 mol% of the hard segment prepared in Example 11, and expressing a nanostructure, followed by the same ultraviolet ray as that of Example 16. Only the etching process was performed to prepare a thin film engraved nanostructures.

이렇게 제조된 나노구조체는 AFM(atomic force microscopy)을 이용하여 확인하였다. 또한, 나노구조체를 RuO4액체가 들어 있는 용기에 2분 내지 10분 동안 넣고 박막 위에 RuO4를 흡착시킨 다음, 주사전자현미경(scanning electron microscope: SEM)을 이용하여 나노구조체를 측정하였다. 상기 측정 결과를 도 7a 및 7b에 도시하였다. 도 7a는 고분자 박막 형성 직후에, 박막 표면의 나노구조를 AFM으로 측정한 사진으로서, 실린더 형태 나노 패턴이 육각 모양으로 잘 배열되어 있음이 확인된다. 또한, 도 7b는 자외선 조사 직후에 나노구조의 표면을 SEM 으로 측정한 사진으로서, 직경이 약 25nm이고, 간격이 약 50nm인 검은색의 실린더 형태 나노 패턴이 약 2㎛의 넓은 실리콘 기판의 넓은 표면에 수직하게 잘 배열되어 있고, 특히, 소프트세그먼트만이 선택적으로 제거된 형태로 나노 패턴이 형성되어 있음이 확인된다. The nanostructures thus prepared were identified using AFM (atomic force microscopy). In addition, the nanostructures were placed in a container containing RuO 4 liquid for 2 to 10 minutes and RuO 4 was adsorbed onto the thin film, and the nanostructures were measured using a scanning electron microscope (SEM). The measurement results are shown in FIGS. 7A and 7B. 7A is a photograph of AFM measurement of the nanostructure of the surface of the thin film immediately after formation of the polymer thin film, confirming that the cylindrical nanopatterns are well arranged in a hexagonal shape. FIG. 7B is a SEM photograph of the surface of the nanostructure immediately after UV irradiation. A large surface of a large silicon substrate having a diameter of about 25 nm and a black cylindrical nano pattern having a spacing of about 50 nm is about 2 μm. It is confirmed that the nano-pattern is formed in a well-arranged perpendicular to, in particular, only the soft segment is selectively removed.

Claims (23)

하기 화학식 1의 반복단위를 1종 이상 포함한 하드세그먼트와,
하기 화학식 2의 (메타)아크릴레이트계 반복단위를 1종 이상 포함한 소프트세그먼트를 포함하는 디블록공중합체:
[화학식 1]
Figure pat00029

[화학식 2]
Figure pat00030

상기 화학식 1에서, n은 5 내지 600의 정수이고, R은 수소 또는 메틸이고, R'는 X,
Figure pat00031
,
Figure pat00032
,
Figure pat00033
또는
Figure pat00034
이고, X는 -Z-R"이고, Y는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌이고, Z는 탄소수 6 내지 20의 아릴렌이고, R"은 탄소수 10 내지 20의 선형 또는 분지형 탄화수소, 또는 탄소수 10 내지 20의 선형 또는 분지형 퍼플루오로하이드로카본(perfluorohydrocarbon)이고,
상기 화학식 2에서, m은 30 내지 1000의 정수이고, R1은 수소 또는 메틸이고, R2는 탄소수 1 내지 20의 알킬이다.
A hard segment including at least one repeating unit of Formula 1,
A diblock copolymer comprising a soft segment containing at least one (meth) acrylate-based repeating unit of Formula 2 below:
[Formula 1]
Figure pat00029

(2)
Figure pat00030

In Formula 1, n is an integer of 5 to 600, R is hydrogen or methyl, R 'is X,
Figure pat00031
,
Figure pat00032
,
Figure pat00033
or
Figure pat00034
X is -ZR ', Y is alkylene having 1 to 10 carbon atoms, Z is arylene having 6 to 20 carbon atoms, and R' is a linear or branched hydrocarbon having 10 to 20 carbon atoms, or 10 to 20 carbon atoms. Linear or branched perfluorohydrocarbons,
In Formula 2, m is an integer of 30 to 1000, R 1 is hydrogen or methyl, R 2 is alkyl having 1 to 20 carbon atoms.
제 1 항에 있어서, 상기 Z는 오르소페닐렌(ortho-phenylene,
Figure pat00035
), 메타페닐렌(meta-phenylene,
Figure pat00036
), 파라페닐렌(para-phenylene,
Figure pat00037
), 나프탈렌(naphthalene,
Figure pat00038
), 아조벤젠(azobenzene,
Figure pat00039
), 안트라센(anthracene,
Figure pat00040
), 페난스렌(phenanthrene,
Figure pat00041
), 테트라센(tetracene,
Figure pat00042
), 파이렌(pyrene,
Figure pat00043
) 및 벤조파이렌(benzopyrene,
Figure pat00044
)으로 이루어진 군에서 선택된 아릴렌인 디블록공중합체.
The method of claim 1, wherein Z is orthophenylene (ortho-phenylene,
Figure pat00035
), Meta-phenylene,
Figure pat00036
), Para-phenylene,
Figure pat00037
), Naphthalene,
Figure pat00038
), Azobenzene (azobenzene,
Figure pat00039
), Anthracene,
Figure pat00040
), Phenanthrene
Figure pat00041
), Tetratracene,
Figure pat00042
), Pyrene,
Figure pat00043
) And benzopyrene,
Figure pat00044
A diblock copolymer which is arylene selected from the group consisting of:
제 1 항에 있어서, 상기 R"는 Z에 포함된 방향족 고리의 오르소, 메타 또는 파라 위치에 치환되어 있는 디블록공중합체,
According to claim 1, wherein R 'is a diblock copolymer substituted in the ortho, meta or para position of the aromatic ring included in Z,
제 1 항에 있어서, 5000 내지 200000의 수평균분자량을 갖는 디블록공중합체.
The diblock copolymer according to claim 1, having a number average molecular weight of 5000 to 200000.
제 1 항에 있어서, 소프트세그먼트는 3000 내지 100000의 수평균분자량을 갖는 디블록공중합체.
The diblock copolymer according to claim 1, wherein the soft segment has a number average molecular weight of 3000 to 100000.
제 1 항에 있어서, 하드세그먼트의 20 내지 80몰%와, 소프트세그먼트의 80 내지 20몰%를 포함하는 디블록공중합체.
The diblock copolymer according to claim 1, comprising 20 to 80 mol% of the hard segment and 80 to 20 mol% of the soft segment.
제 1 항에 있어서, 하드세그먼트는 결정성을 띄며, 소프트세그먼트는 무정형을 띄는 디블록공중합체.
The diblock copolymer of claim 1, wherein the hard segment is crystalline and the soft segment is amorphous.
라디칼 개시제 및 RAFT 시약의 존재 하에, 화학식 3의 (메타)아크릴레이트계 단량체를 1종 이상 포함하는 반응물을 RAFT 중합하는 단계; 및
상기 중합 생성물 및 라디칼 개시제의 존재 하에, 화학식 4의 단량체를 1종 이상 포함하는 반응물을 RAFT 중합하는 단계를 포함하는 디블록공중합체의 제조 방법:
[화학식 3]
Figure pat00045

[화학식 4]
Figure pat00046

상기 화학식 3에서, R1은 수소 또는 메틸이고, R2는 탄소수 1 내지 20의 알킬이고,
상기 화학식 4에서, R은 수소 또는 메틸이고, R'는 X,
Figure pat00047
,
Figure pat00048
,
Figure pat00049
또는
Figure pat00050
이고, X는 -Z-R"이고, Y는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌이고, Z는 탄소수 6 내지 20의 아릴렌이고, R"은 탄소수 10 내지 20의 선형 또는 분지형 탄화수소, 또는 탄소수 10 내지 20의 선형 또는 분지형 퍼플루오로하이드로카본(perfluorohydrocarbon)이다.
RAFT polymerizing a reactant comprising at least one (meth) acrylate monomer of Formula 3 in the presence of a radical initiator and a RAFT reagent; And
A method for preparing a diblock copolymer comprising RAFT polymerizing a reactant comprising at least one monomer of Formula 4 in the presence of the polymerization product and a radical initiator:
(3)
Figure pat00045

[Chemical Formula 4]
Figure pat00046

In Formula 3, R 1 is hydrogen or methyl, R 2 is alkyl having 1 to 20 carbon atoms,
In Formula 4, R is hydrogen or methyl, R 'is X,
Figure pat00047
,
Figure pat00048
,
Figure pat00049
or
Figure pat00050
X is -ZR ', Y is alkylene having 1 to 10 carbon atoms, Z is arylene having 6 to 20 carbon atoms, and R' is a linear or branched hydrocarbon having 10 to 20 carbon atoms, or 10 to 20 carbon atoms. Linear or branched perfluorohydrocarbons.
제 8 항에 있어서, 상기 중합 생성물을 비용매 내에서 침전시키는 단계를 더 포함하는 디블록공중합체의 제조 방법.
The method of claim 8, further comprising the step of precipitating the polymerization product in a non-solvent.
제 8 항에 있어서, 상기 화학식 3의 단량체는 메틸아크릴레이트(methyl acrylate; MA), 메틸메타크릴레이트(methyl methacrylate; MMA), 에틸아크릴레이트(ethyl acrylate; EA), 에틸메타크릴레이트(ethyl methacrylate; EMA), n-부틸아크릴레이트(n-butyl acrylate; BA) 및 n-옥틸아크릴레이트(n-octyl acrylate; BA)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고,
상기 화학식 4의 단량체는 파라도데실페닐아크릴아미드[N-(p-dodecyl)phenyl acrylamide, DOPAM], 파라테트라데실페닐아크릴아미드[N-(p-tetradecyl)phenyl acrylamide, TEPAM], 파라헥사데실페닐아크릴아미드[N-(p-hexadecyl)phenyl acrylamide, HEPAM), 파라도데실나프틸아크릴아미드[N-(p-dodecyl)naphthyl acrylamide, DONAM], 파라테트라데실나프틸아크릴아미드[N-(p-tetradecyl)naphthyl acrylamide, TENAM], 파라헥사데실나프틸아크릴아미드[N-(p-hexadecyl)naphthyl acrylamide, HENAM), 파라도데실아조벤젠닐아크릴아미드[N-(p-dodecyl)azobenzenyl acrylamide, DOAZAM], 파라테트라데실아조벤젠닐아크릴아미드[N-(p-tetradecyl)azobenzenyl acrylamide, TEAZAM], 파라헥사데실아조벤젠닐아크릴아미드[N-(p-hexadecyl)azobenzenyl acrylamide, HEAZAM] 및 N-[4-(3-(5-(4-도데실-페닐카바모일)펜틸-카바모일)-프로필)페닐 아크릴아미드 {N-[4-(3-(5-(4-dodecyl-phenylcarbamoyl)pentyl-carbamoyl)-propyl)phenyl acrylamide, DOPPPAM)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 디블록공중합체의 제조 방법.
The method of claim 8, wherein the monomer of Formula 3 is methyl acrylate (MA), methyl methacrylate (MMA), ethyl acrylate (EA), ethyl methacrylate (ethyl methacrylate) EMA), n-butyl acrylate (n-butyl acrylate; BA), and n-octyl acrylate (n-octyl acrylate; BA);
The monomer of Formula 4 is paradodecylphenylacrylamide [N- (p-dodecyl) phenyl acrylamide, DOPAM], paratetradecylphenylacrylamide [N- (p-tetradecyl) phenyl acrylamide, TEPAM], parahexadecylphenyl Acrylamide [N- (p-hexadecyl) phenyl acrylamide, HEPAM), Paradodecyl naphthyl acrylamide [N- (p-dodecyl) naphthyl acrylamide, DONAM], Paratetradecylnaphthyl acrylamide [N- (p- tetradecyl) naphthyl acrylamide, TENAM], parahexadecylnaphthylacrylamide [N- (p-hexadecyl) naphthyl acrylamide, HENAM), paradodecyl azobenzeneylacrylamide [N- (p-dodecyl) azobenzenyl acrylamide, DOAZAM], Paratetradecylazobenzeneylacrylamide [N- (p-tetradecyl) azobenzenyl acrylamide, TEAZAM], parahexadecylazobenzeneylacrylamide [N- (p-hexadecyl) azobenzenyl acrylamide, HEAZAM] and N- [4- (3- (5- (4-dodecyl-phenylcarbamoyl) pentyl-carbamoyl) -propyl) phenyl acrylamide {N- [4- (3- (5- (4-dodecyl-phenylcarbamoyl) p entyl-carbamoyl) -propyl) phenyl acrylamide, DOPPPAM) is a method for producing a diblock copolymer of at least one member selected from the group consisting of.
제 8 항에 있어서, 상기 라디칼 개시제는 아조비스이소부티로니트릴 (azobisisobutyronitrile, AIBN), 2,2'-아조비스-2,4-디메틸발러로니트릴(2,2'-azobis-(2,4-dimethylvaleronitrile), 벤조일퍼옥시드(benzoyl peroxide, BPO) 및 디터시아리부틸퍼옥시드(di-t-butyl peroxide, DTBP)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 디블록공중합체의 제조방법.
9. The radical initiator according to claim 8, wherein the radical initiator is azobisisobutyronitrile (AIBN), 2,2'-azobis-2,4-dimethylvaleronitrile (2,2'-azobis- (2,4). -dimethylvaleronitrile), benzoyl peroxide (benzoyl peroxide, BPO) and ditertoxy butyl peroxide (di-t-butyl peroxide, DTBP) is a method for producing a diblock copolymer of at least one member selected from the group consisting of.
제 8 항에 있어서, 상기 RAFT 시약은 S-1-도데실-S′-(α,α′-디메틸-α"-아세틱에시드)트리티오카보네이트, 시아노이소프로필 디티오벤조에이트, 큐밀디티오벤조에이트, 큐밀페닐티오아세테이트, 1-페닐에틸-1-페닐디티오아세테이트 및 4-시아노-4-(티오벤조일티오)-N-숙신이미드바러레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 디블록공중합체의 제조방법.
The method of claim 8, wherein the RAFT reagent is S-1-dodecyl-S ′-(α, α′-dimethyl-α′-acetic acid) trithiocarbonate, cyanoisopropyl dithiobenzoate, cumyldithi. Dibenzo, at least one selected from the group consisting of obenzoate, cumylphenylthioacetate, 1-phenylethyl-1-phenyldithioacetate, and 4-cyano-4- (thiobenzoylthio) -N-succinimide varate Method for producing block copolymer.
제 8 항에 있어서, 상기 화학식 3 또는 4의 RAFT 중합 단계는 메틸렌클로라이드, 1,2-디클로로에탄, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 벤젠, 톨루엔, 아세톤, 클로로포름, 테트라하이드로퓨란, 디옥산, 모노글라임, 디글라임, 디메틸포름아미드, 디메틸술폭사이드 및 디메틸아세트아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 유기 용매 내에서 진행되는 디블록공중합체의 제조 방법.
According to claim 8, wherein the RAFT polymerization step of formula 3 or 4 is methylene chloride, 1,2-dichloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, benzene, toluene, acetone, chloroform, tetrahydrofuran, dioxane, monoglyme A process for producing a diblock copolymer which proceeds in at least one organic solvent selected from the group consisting of diglyme, dimethylformamide, dimethylsulfoxide and dimethylacetamide.
제 8 항에 있어서, 상기 화학식 3의 RAFT 중합 단계의 중합 생성물은 상기 화학식 3의 (메타)아크릴레이트계 단량체의 중합체 양 말단에 RAFT 시약이 결합된 중합체를 포함하는 디블록공중합체의 제조 방법.
The method of claim 8, wherein the polymerization product of the RAFT polymerization step of Chemical Formula 3 comprises a polymer in which RAFT reagent is bonded to both ends of the polymer of the (meth) acrylate monomer of Chemical Formula 3.
제 9 항에 있어서, 상기 비용매는 메탄올, 에탄올, 노르말 프로판올, 이소프로판올, 에틸렌글리콜, 노르말 헥산, 시클로헥산, 노르말 헵탄 및 페트롤리움 에테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 디블록공중합체의 제조 방법.
The preparation of the diblock copolymer according to claim 9, wherein the non-solvent comprises at least one selected from the group consisting of methanol, ethanol, normal propanol, isopropanol, ethylene glycol, normal hexane, cyclohexane, normal heptane and petroleum ether. Way.
제 1 항의 디블록공중합체를 포함하고, 상기 하드세그먼트 또는 소프트세그먼트 중 어느 하나의 세그먼트 상에, 나머지 세그먼트가 실린더 형태 또는 구 형태로 규칙적으로 배열되어 있는 고분자 박막.
A polymer thin film comprising the diblock copolymer of claim 1, wherein the remaining segments are regularly arranged in a cylinder or sphere on one of the hard and soft segments.
제 16 항에 있어서, 상기 고분자 박막의 어느 한 평면 상에서 볼 때, 상기 실린더 형태들은 라멜라 모양, 사각 모양 또는 육각 모양으로 규칙적으로 배열되어 있는 고분자 박막.
17. The polymer thin film according to claim 16, wherein the cylinder shapes are regularly arranged in a lamellar, square or hexagonal shape when viewed on any one plane of the polymer thin film.
제 16 항에 있어서, 나노 패턴을 포함한 전자 소자 또는 나노 바이오 센서의 제조에 사용되는 고분자 박막.
The polymer thin film according to claim 16, which is used for the manufacture of an electronic device or a nano biosensor including a nano pattern.
제 1 항의 디블록공중합체의 용액을 기재 상에 도포하여 박막을 형성하는 단계; 및
상기 도포된 박막을 용매숙성시키거나, 하드세그먼트의 융점 및 소프트세그먼트의 유리 전이 온도에서 각각 열 처리하는 단계를 포함하는 고분자 박막의 제조 방법.
Applying a solution of the diblock copolymer of claim 1 on a substrate to form a thin film; And
Solvent aging the coated thin film, or the heat treatment at the melting point of the hard segment and the glass transition temperature of the soft segment, respectively.
제 19 항에 있어서, 상기 도포된 박막을 상온의 비극성 용매 및 극성 용매의 혼합 용매 내에서, 4 내지 96 시간 동안 용매숙성시키거나, 하드세그먼트의 융점 및 소프트세그먼트의 유리 전이 온도에서 각각 2 내지 24 시간 동안 열 처리하는 고분자 박막의 제조 방법.
20. The method of claim 19, wherein the applied thin film is solvent aged for 4 to 96 hours in a mixed solvent of a non-polar solvent and a polar solvent at room temperature, or 2 to 24 at the melting point of the hard segment and the glass transition temperature of the soft segment, respectively. Method for producing a polymer thin film which is heat treated for a time.
패턴 대상막이 형성된 기재 상에, 제 19 항의 방법으로 고분자 박막을 형성하는 단계;
고분자 박막에 자외선을 조사하여 소프트세그먼트를 제거하는 단계; 및
상기 소프트세그먼트가 제거된 고분자 박막을 마스크로, 패턴 대상막을 반응성 이온 식각하는 단계를 포함하는 나노 패턴 형성 방법.
Forming a polymer thin film on the substrate on which the pattern target film is formed by the method of claim 19;
Irradiating ultraviolet light to the polymer thin film to remove the soft segment; And
Reactive ion etching the pattern target layer using a polymer thin film from which the soft segment has been removed as a mask.
제 20 항에 있어서, 상기 소프트세그먼트의 제거 단계는 상기 고분자 박막에 자외선을 조사하여 소프트세그먼트를 분해하는 단계와, 산 처리를 통해 상기 소프트세그먼트를 제거하는 단계를 포함하는 나노 패턴 형성 방법.
The method of claim 20, wherein the removing of the soft segment comprises irradiating the polymer thin film with ultraviolet light to decompose the soft segment and removing the soft segment by acid treatment.
제 20 항에 있어서, 상기 반응성 이온 식각 단계 후에, 산소 플라스마로 처리해 상기 고분자 박막을 제거하는 단계를 더 포함하는 나노 패턴 형성 방법. The method of claim 20, further comprising removing the polymer thin film by treatment with oxygen plasma after the reactive ion etching.
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